Vpliv prilagoditve procesa proizvodnje kisika PSA na učinek proizvodnje kisika v okolju planote

Povzetek:

Na podlagi izboljšanega cikličnega procesa proizvodnje kisika PSA je bila vzpostavljena eksperimentalna naprava za proizvodnjo kisika PSA z nastavljivimi procesnimi parametri. Eksperimentalno in teoretično analizirani so bili učinki adsorpcijskega časa, časa izenačevanja tlaka, časa čiščenja in pretoka produktnega plina na zmogljivost proizvodnje kisika na planotah. Rezultati kažejo, da ustrezno podaljšanje adsorpcijskega časa prispeva k povečanju adsorpcijskega tlaka in izboljšanju učinkovitosti produktnega plina, vendar bo predolg adsorpcijski čas povzročil prodiranje plasti molekularnega sita, kar bo povzročilo močan padec vsebnosti kisika (volumenskega deleža) produktnega plina; podaljšanje časa izravnave tlaka do določene mere poveča adsorpcijski tlak, s čimer se izboljša učinkovitost produktnega plina; učinek proizvodnje kisika je boljši pri kratkem času čiščenja, predolg čas čiščenja pa ne bo dodatno izboljšal čistosti produktnega plina, ampak bo povzročil veliko količino odpadnega plina visoke čistosti; visoka stopnja pretoka produktnega plina pomaga odpraviti kopičenje produktnega plina visoke čistosti na vrhu adsorpcijskega stolpa in prepreči refluks kisika v območje prenosa mase. Rezultati raziskave bodo zagotovili teoretične smernice za optimizacijo učinka proizvodnje kisika PSA v visokogorskih območjih in njegovo praktično uporabo.

Ideje za optimizacijo procesa proizvodnje kisika PSA na planotah

Z naraščanjem nadmorske višine pada atmosferski tlak, temu primerno se zmanjšuje tudi prostornina izpušnih plinov kompresorja. V tem času se čas adsorpcije podaljša, da se poveča delovni tlak v adsorpcijskem stolpu, izboljša učinkovitost molekularnega sita, ki proizvaja kisik, in pridobi večjo količino adsorpcije dušika, kar lahko doseže učinek povečanja vsebnosti kisika v izdelku in proizvodnja kisika. Višja kot je nadmorska višina, nižji je ustrezen tlak v adsorpcijskem stolpu na koncu adsorpcijskega procesa in nižji je začetni tlak, ki ga dobi adsorpcijski stolp v koraku izenačevanja tlaka po dekompresiji in desorpciji. Z ustreznim podaljšanjem časa izravnave tlaka lahko v adsorpcijski stolp vstopi več plina za izravnavo tlaka, poveča se začetni adsorpcijski tlak in ustrezna količina adsorpcije dušika na molekularnem situ kisika se bo ustrezno povečala, povečal pa se bo tudi indeks vsebnosti kisika v izdelku. Upoštevati je treba, da časa za izravnavo tlaka ni mogoče podaljševati v nedogled. Če je predolg, bo dušik ušel iz nasičenega kisikovega molekularnega sita in vstopil v adsorpcijski stolp, ki je dokončan z desorpcijo. S povečanjem nadmorske višine, nižji kot je tlak okolja za desorpcijo, višja je stopnja desorpcije v adsorpcijskem stolpu in povpraševanje po čistilnem plinu se bo v tem času zmanjšalo. Obseg čiščenja je treba z naraščanjem nadmorske višine postopoma zmanjševati. Zmanjšana prostornina čiščenja se izprazni kot proizvodni plin, kar je koristno za povečanje proizvodnje kisika in vsebnosti kisika. Ustrezni najvišji tlak adsorpcijskega stolpa se bo povečal z zmanjšanjem prostornine čiščenja, kar je koristno za izboljšanje vsebnosti kisika v izdelku in učinkovitosti proizvodnje kisika v molekularnem situ. V delovnih pogojih nizkega pretoka produktnega plina se lahko količina kisika, nabranega na vrhu postelje, sprosti s povečanjem pretoka čistilnega plina, kar lahko upočasni škodljive učinke povratnega mešanja kisika; adsorpcijski tlak se lahko zmanjša z zmanjšanjem pretoka plina za izravnavo tlaka, kar lahko upočasni kopičenje kisika v plasti; napravo za oskrbo s plinom z nižjo porabo energije je možno zamenjati za ustrezno zmanjšanje vstopnega toka in zmanjšanje proizvodnih stroškov. V delovnih pogojih visokega pretoka produktnega plina se lahko učinek regeneracije sloja izboljša s povečanjem pretoka čistilnega plina.

Zaključek

Ekipa za raziskave in razvoj podjetja NEWTEK je proučevala vpliv različnih procesnih parametrov (čas adsorpcije, čas izenačevanja tlaka, čas čiščenja in pretok produktnega plina) proizvodnje kisika na učinek proizvodnje kisika v okolju platoja ter povzela metode optimizacije in prilagajanja sistema za proizvodnjo kisika, ki lahko zagotovi pomembne reference za usmeritev optimizacije in strategijo prilagajanja procesa proizvodnje kisika na platoju, in narejeni so bili naslednji glavni zaključki.
(1) S spremembo nadmorske višine pride do optimalnega parametra adsorpcijskega časa. Če je čas adsorpcije prekratek, se bo učinkovitost proizvodnje kisika v molekularnem situ zmanjšala. Če je čas adsorpcije predolg, bo adsorpcijski stolp prodrl dušik.
(2) Če je čas izravnave tlaka prekratek, se začetni tlak adsorpcijskega stolpa zmanjša, kar vpliva na končno adsorpcijsko količino dušika z molekularnim sitom. Če je čas izravnave tlaka predolg, se bo amoniak v območju nasičenosti prenosa mase adsorpcijske plasti molekularnega sita desorbiral in vstopil v adsorpcijski stolp, ki je bil pravkar desorbiran, kar bo povzročilo zmanjšanje vsebnosti proizvodnje kisika.
(3) Na enaki nadmorski višini se vsebnost kisika v izdelku najprej poveča in nato zmanjša s časom čiščenja. Obstaja optimalen čas čiščenja. Višja kot je nadmorska višina, nižji je desorpcijski tlak, višja je desorpcijska stopnja molekularnega sita, ki proizvaja kisik, in krajši je zahtevani optimalni čas čiščenja.
(4) Optimalni pretok produktnega plina kisika se z naraščajočo nadmorsko višino zmanjšuje. Na isti nadmorski višini, ko je stopnja pretoka kisika v produktu nizka, kisika z visoko vsebnostjo, ki se kopiči na vrhu stolpa, ni mogoče pravočasno izprazniti, kar ima za posledico visok parcialni tlak kisika v zgornjem območju prenosa mase adsorpcijskega stolpa, ki zavira adsorpcijo dušika z molekularnim sitom, ki proizvaja kisik; ko je stopnja pretoka kisika v izdelku prevelika, bo amoniak prodrl v adsorpcijsko plast, zaradi česar bo vsebnost kisika v izdelku močno padla.