In den letzten Jahren haben viele Unternehmen mit der Entwicklung der Entwicklungs- und Prozesstechnologie und der kontinuierlichen Erweiterung der Gasanwendungsfelder, insbesondere der kontinuierlichen Verbesserung der Qualitäts- und Quantitätsanforderungen für Sauerstoff, Stickstoff und Stickstoff, ihre Investitionen in Technologieforschung und -anwendung erhöht. Der Anteil der Gasproduktion am Gasmarkt wird erheblich gesteigert und es wird zu einer weiteren leistungsstarken Luftzerlegungstechnologie nach der kryogenen Luftzerlegung. Obwohl die Sauerstoffproduktionstechnologie auf eine langjährige Geschichte zurückblickt, muss sie noch weiterentwickelt werden, da sie einen neuen Weg im Bereich der Sauerstoffproduktion eröffnet hat und einzigartig ist. Die Nutzung der neuen Errungenschaften der modernen Spitzenwissenschaft, die Erforschung des Mechanismus des Adsorptionstrennungsprozesses sowie die sorgfältige Gestaltung und Optimierung der Parameter werden die Richtung und der Schwerpunkt der Entwicklung dieser Technologie sein.
Konzept der Adsorptionstrennung
Der Adsorptionstrennprozess besteht aus zwei Schritten: Adsorption und Desorption der Flüssigkeit. Bereits 1990 … wurde das Konzept der „Adsorption“ vorgestellt, und die Druckwechseladsorption gehört zur physikalischen Adsorption. Physikalische Adsorption ist ein Oberflächenphänomen. Im Zweiphasengebiet verbinden sich das Fluid und der poröse Feststoff miteinander. Zwischen den beiden Phasen besteht eine intermolekulare Kraft, die dazu führt, dass sich die Flüssigkeitsmoleküle an der Oberfläche des porösen Feststoffs ansammeln und konzentrieren. Bei Mehrkomponentenflüssigkeiten gibt es Unterschiede in den Kräften zwischen jeder Komponente und dem porösen Feststoff, sodass eine selektive Adsorption stattfindet. Unter bestimmten Bedingungen verlassen die an der Festphasenoberfläche adsorbierten Komponenten die Grenzfläche und kehren in die flüssige Phase zurück. Bei diesem Vorgang handelt es sich um den umgekehrten Vorgang der Adsorption, der als Desorption oder Desorption bezeichnet wird.
Durch Adsorption und Desorption werden Komponententrennung und Festphasenregeneration erreicht, wodurch die Trennung und Reinigung gemischter Flüssigkeiten realisiert wird. Das poröse Festphasenmaterial wird als Adsorbens bezeichnet, und die adsorbierte Flüssigkeit wird als Adsorbens bezeichnet. Wenn die Flüssigkeit adsorbiert wird, verringert sich der Abstand zwischen den Molekülen, die kinetische Energie des Moleküls verringert sich und es wird Wärme freigesetzt. Im Gegensatz dazu erhöht sich bei der Desorption die kinetische Energie des Moleküls und es ist eine Wärmeaufnahme erforderlich, um die an der Oberfläche adsorbierten Moleküle zu entfernen.
Prinzip der Sauerstoffproduktion durch Druckwechseladsorption
Die Adsorptionstrennung des Mischgases wird durch Druckbeaufschlagung abgeschlossen, und die adsorbierten Gaskomponenten werden unter reduzierten Druckbedingungen desorbiert, um eine Trennung zwischen den Komponenten des Mischgases und die Regeneration des Adsorptionsmittels zu erreichen. Adsorptionsgleichgewichtsisotherme der Flüssigkeitskomponente: Wenn die Temperatur konstant ist, nimmt die Adsorptionsmenge des Mischgases am Adsorptionsmittel mit der Erhöhung des Partialdrucks der Komponente zu;
Unter der Annahme, dass die Temperatur im Adsorptionsbehälter während der Adsorption und Desorption konstant bleibt, ändert sich durch Änderung des Partialdrucks der Flüssigkeitskomponente die Adsorptionsmenge der Flüssigkeit am Festphasenadsorptionsmittel entlang der Adsorptionsisotherme, der Arbeitspunkt liegt zwischen den Punkten und die Differenz zwischen den Adsorptionsmengen der beiden Punkte ist die Komponententrennungsmenge des isothermen Druckschwankungsadsorptionszyklus. Beim eigentlichen Druckwechseladsorptions-Trennprozess setzt der Adsorptionsprozess jedoch Wärme frei und der Desorptionsprozess absorbiert Wärme. Die Temperatur des Adsorptionsbetts ändert sich und beeinflusst den Ablauf des Adsorptionsprozesses. Mit fortschreitender Adsorption findet der eigentliche Druckwechseladsorptionsprozess zwischen den beiden Punkten und der tatsächlichen Abtrennungsmenge der Druckwechseladsorptionskomponente statt.
Eine Erhöhung des Unterschieds in der Adsorptionsmenge der Gaskomponenten am Adsorptionsmittel während des Adsorptions- und Desorptionsprozesses trägt zur Verbesserung des Trenneffekts bei. Zusätzlich zu einem großen Unterschied in der Selektivität für jede Komponente sollte das ausgewählte Adsorptionsmittel auch eine signifikante Änderung in der Steigung der Adsorptionsisotherme aufweisen, und die Druckänderung sollte so weit wie möglich erhöht werden, um den Änderungswert der Komponentenadsorption zu erhöhen Menge. Bei der Sauerstoffproduktion werden Luft als Rohgas und Zeolith-Molekularsiebe als Festphasenadsorptionsmittel verwendet. Der Trennmechanismus gehört zum Gleichgewichtstrennungstyp, d. h. der Unterschied in der intermolekularen Kraft zwischen Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen in der Luft in den Poren des Molekularsiebs wird vollständig genutzt, um eine Sauerstoffproduktion durch Lufttrennung zu erreichen.
Das Dipolmoment des Stickstoffmoleküls beträgt , das Dipolmoment des Sauerstoffmoleküls beträgt , und die Polarisierbarkeit von Stickstoff ist größer, sodass die Wechselwirkung zwischen Stickstoff und Kationen und polaren Oberflächen im Zeolith stärker ist als die zwischen Stickstoff und Sauerstoff. Daher können Zeolith-Molekularsiebe Stickstoff selektiv adsorbieren. Durch die Nutzung der Eigenschaft von Zeolith-Molekularsieben, Stickstoff bevorzugt bei mittleren und niedrigen Drücken zu adsorbieren, wird der Zweck der Trennung von Stickstoff und Sauerstoff in der Luft durch eine Druckerhöhungsbehandlung erreicht. Anschließend wird der Druck reduziert, um den in der festen Phase adsorbierten Stickstoff zu desorbieren Molekularsiebe, so dass die Festphasen-Molekularsiebe recycelt werden können.
