Δοκιμή τεχνολογίας παραγωγής οξυγόνου προσρόφησης ταλάντωσης πίεσης μικρής κλίμακας

 Τεχνολογία παραγωγής οξυγόνου προσρόφησης ταλάντευσης πίεσης μικρής κλίμακας
 

Η τεχνολογία παραγωγής οξυγόνου με προσρόφηση ταλάντωσης μικρής πίεσης (PSA) χρησιμοποιεί τον αέρα ως πρώτη ύλη για την παραγωγή οξυγόνου μέσω φυσικής προσρόφησης, με την ηλεκτρική ενέργεια ως μοναδική πηγή ενέργειας. Μέσα σε λίγα λεπτά από την ενεργοποίησή του, ο εξοπλισμός μπορεί να παράγει συνεχώς ιατρικό οξυγόνο με περιεκτικότητα σε οξυγόνο μεγαλύτερη από 90%, σύμφωνα με τα πρότυπα ιατρικής περίθαλψης. Αυτή η τεχνολογία προσφέρει πλεονεκτήματα όπως απλή λειτουργία, αξιοπιστία, μακροπρόθεσμη παροχή οξυγόνου και οικονομική αποδοτικότητα.

Οι μικροί συμπυκνωτές οξυγόνου PSA χρησιμοποιούνται ευρέως σε νοσοκομεία, σπίτια, ξενοδοχεία, μπαρ οξυγόνου και άλλους δημόσιους χώρους, με αυστηρές απαιτήσεις για το μέγεθος, το βάρος, τον θόρυβο και την κατανάλωση ενέργειας. Για να ικανοποιηθούν αυτές οι απαιτήσεις, οι συγκεντρωτές πρέπει να είναι συμπαγείς, ελαφροί, φορητοί, αθόρυβοι και ενεργειακά αποδοτικοί. Για να βελτιώσει περαιτέρω την απόδοση της μικρής γεννήτριας οξυγόνου PSA, αυτή η μελέτη διερευνά παράγοντες που επηρεάζουν την παραγωγή οξυγόνου, συμπεριλαμβανομένης της επιλογής μοριακού κόσκινου, του χρόνου μεταγωγής, της βελτιστοποίησης των βημάτων εξισορρόπησης πίεσης και της χωρητικότητας της δεξαμενής αποθήκευσης οξυγόνου. Ο στόχος είναι να βελτιωθεί η απόδοση παραγωγής οξυγόνου, να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας και να παραταθεί η διάρκεια ζωής του εξοπλισμού μέσω αυτών των βελτιστοποιήσεων.

 

 

 

Ροή διαδικασίας

Η παραγωγή οξυγόνου με αιώρηση της πίεσης (PSA) βασίζεται στις διαφορετικές ικανότητες προσρόφησης των μοριακών κόσκινων ζεόλιθου για οξυγόνο και άζωτο υπό διαφορετικές πιέσεις. Σε υψηλή πίεση, το άζωτο προσροφάται, εμπλουτίζοντας το οξυγόνο, ενώ σε χαμηλή πίεση, το άζωτο εκροφάται, δίνοντας αέριο πλούσιο σε οξυγόνο. Πολλαπλές κλίνες προσρόφησης αλλάζουν διαδοχικά για συνεχή παραγωγή οξυγόνου. Οι συνήθεις διαδικασίες PSA περιλαμβάνουν προσρόφηση υψηλής πίεσης με ατμοσφαιρική εκρόφηση (PSA), προσρόφηση υπό πίεση με εκρόφηση κενού (VPSA) και ατμοσφαιρική προσρόφηση με εκρόφηση κενού (VSA).

Η διαδικασία PSA χρησιμοποιείται ευρέως σε μικρής κλίμακας παραγωγή οξυγόνου λόγω της απλότητας και της χαμηλής επένδυσής της, αλλά η υψηλή κατανάλωση ενέργειας έχει κεντρίσει το ενδιαφέρον για την πιο ενεργειακά αποδοτική διαδικασία VPSA. Τα τελευταία χρόνια, η τεχνολογία VPSA έχει κερδίσει έλξη σε εφαρμογές μικρής κλίμακας, με προϊόντα που έχουν ήδη κυκλοφορήσει στο εξωτερικό.

Για να βελτιωθεί η ανάκτηση αερίου, η καθαρότητα του οξυγόνου και η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, έχει εισαχθεί το βήμα εξισορρόπησης πίεσης (PE). Αυτό το βήμα συνδέει δύο πύργους προσρόφησης, επιτρέποντας στο αέριο από τον πύργο υψηλής πίεσης να ρέει στον πύργο χαμηλής πίεσης, εξισορροπώντας τις πιέσεις τους. Αυτή η ανάκτηση της μηχανικής ενέργειας και η βελτιστοποίηση της κατανομής της συγκέντρωσης αερίου ενισχύουν την ενεργειακή απόδοση και τα ποσοστά ανάκτησης.

Μελέτες δείχνουν ότι η διαδικασία PSA με PE μειώνει σημαντικά τις πιέσεις μεταγωγής, την απώλεια ισχύος συμπιεστή και την απώλεια ισχύος κλίνης ενώ βελτιώνει την ενεργειακή απόδοση και την ανάκτηση αερίου. Ενώ το PE έχει εφαρμοστεί ευρέως σε συστήματα μεγάλης κλίμακας, η χρήση του σε συσκευές μικρής κλίμακας είναι λιγότερο συνηθισμένη λόγω τεχνικών περιορισμών και περιορισμών κόστους. Σε μικρής κλίμακας παραγωγή οξυγόνου PSA, το PE μπορεί να εφαρμοστεί στην είσοδο, την έξοδο ή και στα δύο άκρα του πύργου προσρόφησης, βελτιώνοντας την απόδοση, την απόδοση και την εξοικονόμηση ενέργειας.

 

 

Διαδικασία δοκιμής

1-φίλτρο; 2-συμπιεστής; 3-ψύκτης; 4-μανόμετρο; 5-ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα πέντε κατευθύνσεων δύο θέσεων. 6-σιλανσιέ; 7-πύργος προσρόφησης. 8-Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα εξισορρόπησης πίεσης. 9-βαλβίδα γκαζιού; 10-βαλβίδα τριών κατευθύνσεων. 11-βαλβίδα ελέγχου; 12-δεξαμενή αποθήκευσης αερίου. 13-βαλβίδα περιορισμού πίεσης.
14-ροόμετρο; 15-πίνακας ελέγχου

Η πειραματική συσκευή χρησιμοποιεί έναν πίνακα ελέγχου για τη διαχείριση της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας πέντε κατευθύνσεων και της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας εξισορρόπησης πίεσης, επιτρέποντας τρεις διαμορφώσεις διεργασίας: χωρίς εξίσωση πίεσης, εξισορρόπηση πίεσης στην είσοδο αέρα και εξισορρόπηση πίεσης στα δύο άκρα της προσρόφησης πύργος. Το σύστημα προσαρμόζει τον χρόνο εξισορρόπησης πίεσης και τον χρόνο σύνδεσης εισόδου αέρα για εναλλαγή μεταξύ αυτών των διεργασιών.

Ο αέρας καθαρίζεται, συμπιέζεται και ψύχεται πριν εισέλθει στον πύργο προσρόφησης με μοριακό κόσκινο ζεόλιθου για διαχωρισμό. Το διαχωρισμένο οξυγόνο ρέει σε μια δεξαμενή αποθήκευσης αερίου, ενώ το υπόλοιπο άζωτο εξαερίζεται. Η ροή οξυγόνου ελέγχεται από ροόμετρο και ο χρόνος μεταγωγής ρυθμίζεται μέσω του πίνακα ελέγχου. Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο μετράται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο διαλύματος αμμωνίας χαλκού και τον ευφυή οξυγονόμετρο YHL.

Αυτό το πείραμα επικεντρώνεται στην επίδραση παραγόντων όπως ο τύπος μοριακού κόσκινου, ο χρόνος μεταγωγής, τα βήματα εξισορρόπησης της πίεσης, η αναλογία πύργου προσρόφησης και ο όγκος της δεξαμενής αποθήκευσης στην παραγωγή οξυγόνου. Ορισμένες παράμετροι είναι αδιάστατες για σαφέστερη ανάλυση των επιπτώσεών τους στην απόδοση.

Σύναψη
 

Διαφορετικοί τύποι μοριακών κόσκινων έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην απόδοση παραγωγής οξυγόνου, με το μοριακό κόσκινο LiX να έχει την καλύτερη απόδοση. Η χρήση του LiX μπορεί να μειώσει σημαντικά το μέγεθος του πύργου προσρόφησης, να μειώσει την αναλογία οξυγόνου προς αέρα και να βελτιώσει τη συνολική απόδοση του μηχανήματος.

Ο χρόνος μεταγωγής είναι μια βασική παράμετρος στην παραγωγή οξυγόνου με προσρόφηση αιώρησης πίεσης (PSA). Ο βέλτιστος χρόνος μεταγωγής για ένα συγκεκριμένο σύστημα πρέπει να καθοριστεί μέσω πειραματισμού.

Η εισαγωγή ενός βήματος εξισορρόπησης πίεσης (PE) μπορεί να αυξήσει αποτελεσματικά την περιεκτικότητα σε οξυγόνο και τον ρυθμό ανάκτησης, οδηγώντας σε εξοικονόμηση ενέργειας. Η προσθήκη ενός μόνο σταδίου PE βελτιώνει σημαντικά τόσο τη συγκέντρωση οξυγόνου όσο και τον ρυθμό ανάκτησης. Επομένως, για μικρής κλίμακας συστήματα παραγωγής οξυγόνου PSA, χρησιμοποιείται συνήθως μια απλή διαδικασία PE ενός σταδίου.

Η αύξηση της αναλογίας ύψους προς διάμετρο του πύργου προσρόφησης συμβάλλει στη βελτίωση της απόδοσης παραγωγής οξυγόνου σε συστήματα PSA μικρής κλίμακας. Ωστόσο, οι υπερβολικά υψηλές αναλογίες μπορούν να μειώσουν τη χρήση μοριακών κόσκινων και να προκαλέσουν σημαντικές επιπτώσεις στο τοίχωμα, που επηρεάζουν αρνητικά την απόδοση παραγωγής οξυγόνου.

Η αύξηση της χωρητικότητας της δεξαμενής αποθήκευσης αερίου συμβάλλει στη βελτίωση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο και στη μείωση των διακυμάνσεων στην παροχή οξυγόνου.