Rannsókn á endurbótum á þrýstingssveifluaðsog

Kynning

Með hraðri þróun iðnvæðingar og þéttbýlismyndunar gegnir gasaðskilnaður og hreinsunartækni mikilvægu hlutverki á mörgum sviðum. Pressure swing adsorption (PSA), sem skilvirk gasaðskilnaðartækni, hefur vakið mikla athygli vegna einfaldrar notkunar, lítillar orkunotkunar og breitt notkunarsviðs11-2. Hefðbundið PSA ferli hefur enn nokkrar takmarkanir á skilvirkni skilvirkni og orkunýtingu, sem hefur hvatt vísindamenn til að leita stöðugt að umbótaaðferðum til að bæta árangur þess. Í þessari grein er lögð til endurbætt aðferð sem byggir á PSA tækni, sem miðar að því að hámarka hefðbundið PSA ferli og bæta notkunarskilvirkni þess á sviði gasaðskilnaðar og -hreinsunar. Með hagræðingu aðsogsefna, aðlögun rekstrarbreyta og hönnun nýrra aðsogstækja er það skuldbundið til að ná meiri skilvirkni og minni orkunotkun og stuðla þannig að frekari þróun PSA tækni.

 

 

 

 

1 Meginregla og hefðbundið ferli við aðsog þrýstingssveiflu
Pressure swing adsorption (PSA) er tækni sem nær gasskilnaði sem byggir á sértækum aðsogseiginleikum aðsogsefna á gassameindum. Grundvallarreglan er að nota mismun á aðsogsgetu aðsogsefnisins fyrir lofttegundir mismunandi íhluta við mismunandi þrýsting og að ná gassogs- og frásogsferlinu með því að stilla þrýstinginn [13-4]. Í PSA ferlinu er gasblöndunni venjulega leitt í gegnum aðsogsbeð sem er fyllt með viðeigandi aðsogsefni. Í háþrýstistiginu verður markhlutinn í gasblöndunni aðsogaður af aðsogsefninu en sá sem ekki er markhópurinn mun fara í gegnum aðsogsefnið og losna úr kerfinu eftir hreinsun. Í kjölfarið, á lágþrýstingsstigi, með því að minnka þrýstinginn, verður markhlutinn í aðsogsefninu frásogaður og safnað saman til að fá hreinsað markgas.
Hefðbundið PSA ferli inniheldur venjulega eftirfarandi skref: aðsog, þrýstingslosun, hreinsun, endurvinnslu og þrýstingsaukning.
1) Aðsog: Í háþrýstistigi fer gasblandan í gegnum aðsogsrúmið, markhlutinn er valinn aðsogaður af aðsogsefninu og sá hluti sem ekki er markhópurinn fer í gegnum aðsogsrúmið.
2) Þrýstingslosun: Eftir aðsogsstigið byrjar markhlutinn að desogast með því að draga úr þrýstingi aðsogsrúmsins og ná þannig frásogi markhlutans.
3) Hreinsun: Afsogað markhlutinn er unnin frekar af hreinsibúnaðinum til að fá háhreint markgas.
4) Endurhringrás: Hægt er að sprauta hreinsaða markgasinu aftur inn í kerfið til að gefa tækifæri til endursogs.
5) Þrýstingaaukning: Með því að auka þrýstinginn á aðsogsrúminu er aðsogsefnið komið aftur í hátt aðsogsástand til að undirbúa sig fyrir næstu lotu.
Það eru nokkur vandamál í hagnýtri beitingu hefðbundins PSA ferli, sem takmarkar frekari umbætur á frammistöðu þess og skilvirkni. Í fyrsta lagi hefur hefðbundið PSA ferli langan lotutíma, sem leiðir til langrar framleiðslulotu og takmarkaðrar framleiðslugetu. Langur aðsogstími eykur ekki aðeins orkunotkun kerfisins heldur takmarkar einnig umfangsmikla notkun þess í iðnaðarframleiðslu. Í öðru lagi er ójafnvægi tímavandamál í hefðbundnu PSA ferli15-6 fyrir hvert aðgerðarskref. Óeðlileg tímaúthlutun mismunandi þrepa mun leiða til lítillar kerfisskilvirkni og draga úr aðskilnaðaráhrifum og hreinsunarvirkni. Að auki hefur hönnun aðsogsuppbyggingar og hringrásaraðferðar í hefðbundnu PSA ferli einnig ákveðin áhrif á frammistöðu kerfisins. Ósanngjörn aðsogsbygging mun leiða til lélegs gasflæðis og hafa áhrif á aðskilnaðaráhrifin. Hefðbundin hringrásaraðferð getur haft vandamál eins og miklar þrýstingssveiflur og mikla orkunotkun.
Í stuttu máli, hefðbundið PSA ferlið hefur vandamál eins og langan hringrásartíma, ójafnvægan notkunarskreftíma og óeðlilega aðsogsbyggingu og hringrásarhönnun, sem takmarka notkunarskilvirkni þess á sviði gasaðskilnaðar og hreinsunar. Þess vegna er nauðsynlegt og mjög mikilvægt að bæta PSA tæknina.

 

 

 

 

2 Hagræðing aðsogsefnis
2.1 Ísogsval og árangursmat
Aðsogsefni er mikilvægur þáttur í PSA kerfinu og val hans og afköst gegna lykilhlutverki í aðskilnaðaráhrifum og orkunotkun kerfisins. Hvað varðar val á aðsogsefni þarf að huga að þáttum eins og eðlis- og efnafræðilegum eiginleikum markgassins, aðsogsgetu og sérhæfni aðsogsefnisins. Algengt notað aðsogsefni eru virkjað kolefni, sameinda sigti osfrv.
Til að meta frammistöðu aðsogsefnisins er hægt að nota aðferðir eins og aðsogsjafnhitatilraun og kraftmikla aðsogstilraun. Aðsogsjafnhitatilraunin getur mælt aðsogsmagn mismunandi lofttegunda með aðsogsefninu og fengið aðsogsjafnhitaferilinn. Kvika aðsogstilraunin getur líkt eftir aðsogsframmistöðu aðsogsefnisins við raunverulegar ferliskilyrði, þar á meðal vísbendingar eins og aðsogshraða og sértækni.
2.2 Aðsogandi yfirborðsbreytingartækni
Yfirborðsbreyting á aðsogsefnum er ein mikilvægasta leiðin til að bæta aðsogsvirkni þeirra. Með því að breyta efnafræðilegum eiginleikum og svitaholabyggingu yfirborðs aðsogsefnisins er hægt að auka yfirborð þess, aðlaga svitaholastærðina og bæta aðsogsgetu og sértækni.
Algengar aðferðir til að breyta yfirborði aðsogsefnis fela í sér gegndreypingu, útfellingu, jónaskipti og efnabreytingar [17-8]. Gegndreypingaraðferðin er að dýfa aðsogsefninu í ákveðna lausn og breyta yfirborðseiginleikum aðsogsefnisins með efnahvörfum eða eðlisfræðilegu aðsogsefni milli aðsogsefnisins og efnisins í lausninni. Útfellingaraðferðin er að setja lag af sérstökum efnum, eins og málmoxíðum eða lífrænum virkum efnasamböndum, á yfirborð aðsogsefnisins til að auka virkni og sérhæfni aðsogsefnisins. Jónaskiptaaðferðin kynnir sérstakar jónir á yfirborði aðsogsefnisins til að breyta yfirborðshleðslueiginleikum og stjórnar þar með sértækni aðsogsefnisins. Efnafræðileg breyting er að setja efnafræðilega virka hópa á yfirborð aðsogsefnisins til að breyta efnafræðilegum eiginleikum þess og sækni.
2.3 Hönnun og nýmyndun nýrra aðsogefna
Auk þess að bæta frammistöðu hefðbundinna aðsogsefna er einnig hægt að bæta árangur PSA kerfa með því að hanna og búa til ný aðsogsefni. Ný aðsogsefni geta verið nýstárleg efni byggð á mismunandi lögmálum og efnum. Til dæmis eru Metal-Organic Frameworks (MOFs) ný tegund af aðsogsefni með mikla gropleika og stillanlega uppbyggingu. MOFs hafa gríðarstórt yfirborð og svitaholarúmmál, sem getur veitt fleiri aðsogsstaði, bætt aðsogsgetu og sértækniI9-101. Að auki sýna nanóefni eins og kolefni nanórör og grafen einnig hugsanlegt notkunargildi sem aðsogsefni. Hönnun og nýmyndun nýrra aðsogsefna krefst víðtækrar skoðunar á þáttum eins og aðsogsárangri, stöðugleika og undirbúningskostnaði. Hægt er að fá ný aðsogsefni með framúrskarandi aðsogsgetu með hagræðingu burðarvirkis, virknibreytingum og endurbótum á undirbúningsferlum.
Með því að hámarka val og frammistöðu aðsogefna, þar með talið val og árangursmat á aðsogsefnum, aðsogsyfirborðsbreytingartækni og hönnun og myndun nýrra aðsogefna, er hægt að bæta skilvirkni og hreinsunaráhrif PSA kerfa verulega, sem stuðlar að frekari þróun. af PSA tækni. Í næsta kafla verður fjallað um áhrif hagræðingar á rekstrarbreytum á afköst PSA kerfa.