Tác động của quá trình điều chỉnh sản xuất oxy PSA lên hiệu ứng sản xuất oxy trong môi trường cao nguyên

Trừu tượng:

Dựa trên quy trình sản xuất oxy PSA tuần hoàn được cải tiến, một thiết bị thử nghiệm sản xuất oxy PSA với các thông số quy trình có thể điều chỉnh đã được thiết lập. Các tác động của thời gian hấp phụ, thời gian cân bằng áp suất, thời gian làm sạch và lưu lượng khí sản phẩm đến hiệu suất sản xuất oxy ở các vùng cao nguyên đã được nghiên cứu thực nghiệm và phân tích lý thuyết. Kết quả cho thấy việc kéo dài thời gian hấp phụ một cách thích hợp có lợi cho việc tăng áp suất hấp phụ và cải thiện hiệu suất khí sản phẩm, nhưng thời gian hấp phụ quá dài sẽ khiến lớp sàng phân tử thâm nhập, dẫn đến hàm lượng oxy (phần thể tích) của khí sản phẩm giảm mạnh; kéo dài thời gian cân bằng áp suất đến một mức độ nhất định sẽ làm tăng áp suất hấp phụ, do đó cải thiện hiệu suất khí sản phẩm; hiệu quả sản xuất oxy tốt hơn trong điều kiện thời gian làm sạch thấp và thời gian làm sạch quá dài sẽ không cải thiện thêm độ tinh khiết của khí sản phẩm mà sẽ dẫn đến lượng lớn khí thải có độ tinh khiết cao; lưu lượng khí sản phẩm cao giúp loại bỏ sự tích tụ của khí sản phẩm có độ tinh khiết cao ở đỉnh tháp hấp phụ và ngăn oxy trào ngược trở lại vùng truyền khối. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp hướng dẫn lý thuyết cho việc tối ưu hóa hiệu quả sản xuất oxy của PSA ở vùng cao và hoạt động ứng dụng thực tế của nó.

Ý tưởng tối ưu hóa cho quá trình sản xuất oxy PSA ở vùng cao nguyên

Khi độ cao tăng, áp suất khí quyển giảm và thể tích khí thải của máy nén cũng giảm theo. Lúc này, thời gian hấp phụ được kéo dài để tăng áp suất làm việc trong tháp hấp phụ, cải thiện hiệu suất của sàng phân tử tạo ra oxy và thu được lượng hấp phụ nitơ lớn hơn, có thể đạt được hiệu quả tăng hàm lượng oxy sản phẩm và sản xuất oxy. Độ cao càng cao, áp suất tương ứng trong tháp hấp phụ khi kết thúc quá trình hấp phụ càng thấp và áp suất ban đầu thu được của tháp hấp phụ trong bước cân bằng áp suất sau khi giải nén và giải hấp càng thấp. Bằng cách kéo dài thời gian cân bằng áp suất một cách thích hợp, nhiều khí cân bằng áp suất hơn có thể đi vào tháp hấp phụ, tăng áp suất hấp phụ ban đầu và lượng hấp phụ nitơ của sàng phân tử oxy tương ứng sẽ tăng theo và chỉ số hàm lượng oxy sản phẩm cũng sẽ tăng. Cần lưu ý rằng thời gian cân bằng áp suất không thể kéo dài vô thời hạn. Nếu quá dài, nitơ sẽ thoát ra khỏi sàng phân tử oxy bão hòa và đi vào tháp hấp phụ đã giải hấp hoàn tất. Khi độ cao tăng, áp suất môi trường giải hấp càng thấp, mức độ giải hấp của tháp hấp phụ càng cao và nhu cầu khí làm sạch sẽ giảm vào thời điểm này. Thể tích làm sạch nên giảm dần khi độ cao tăng. Thể tích làm sạch giảm được thải ra dưới dạng khí sản phẩm, có lợi cho việc tăng sản lượng oxy và hàm lượng oxy. Áp suất tối đa tương ứng của tháp hấp phụ sẽ tăng lên khi giảm thể tích làm sạch, có lợi cho việc cải thiện hàm lượng oxy sản phẩm và hiệu quả sản xuất oxy của sàng phân tử. Trong điều kiện vận hành lưu lượng khí sản phẩm thấp, lượng oxy tích tụ trên đỉnh giường có thể được giải phóng bằng cách tăng lưu lượng khí làm sạch, có thể làm chậm các tác động bất lợi của quá trình trộn ngược oxy; áp suất hấp phụ có thể giảm bằng cách giảm lưu lượng khí cân bằng áp suất, có thể làm chậm quá trình tích tụ oxy trong giường; thiết bị cung cấp khí có mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn có thể được thay thế để giảm lưu lượng nạp một cách thích hợp và giảm chi phí sản xuất. Trong điều kiện vận hành lưu lượng khí sản phẩm cao, hiệu quả tái sinh của giường có thể được cải thiện bằng cách tăng lưu lượng khí làm sạch.

Phần kết luận

Nhóm nghiên cứu và phát triển của NEWTEK đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số quy trình khác nhau (thời gian hấp phụ, thời gian cân bằng áp suất, thời gian làm sạch và lưu lượng khí sản phẩm) của quá trình sản xuất oxy đến hiệu quả sản xuất oxy trong môi trường ổn định và tóm tắt các phương pháp tối ưu hóa và điều chỉnh hệ thống sản xuất oxy, có thể cung cấp tài liệu tham khảo quan trọng cho hướng tối ưu hóa và chiến lược điều chỉnh của quá trình sản xuất oxy ổn định và rút ra các kết luận chính sau đây.
(1) Theo sự thay đổi độ cao, có một tham số thời gian hấp phụ tối ưu. Nếu thời gian hấp phụ quá ngắn, hiệu suất sản xuất oxy của sàng phân tử sẽ giảm. Nếu thời gian hấp phụ quá dài, tháp hấp phụ sẽ bị nitơ xâm nhập.
(2) Nếu thời gian cân bằng áp suất quá ngắn, áp suất ban đầu của tháp hấp phụ sẽ giảm, ảnh hưởng đến lượng nitơ hấp phụ cuối cùng của sàng phân tử. Nếu thời gian cân bằng áp suất quá dài, amoniac trong vùng bão hòa truyền khối của lớp hấp phụ sàng phân tử sẽ bị giải hấp và đi vào tháp hấp phụ vừa được giải hấp, dẫn đến hàm lượng oxy sản xuất giảm.
(3) Ở cùng độ cao, hàm lượng oxy của sản phẩm đầu tiên tăng lên và sau đó giảm dần theo thời gian làm sạch. Có một thời gian làm sạch tối ưu. Độ cao càng cao, áp suất giải hấp càng thấp, mức độ giải hấp của sàng phân tử tạo ra oxy càng cao và thời gian làm sạch tối ưu cần thiết càng ngắn.
(4) Lưu lượng oxy khí sản phẩm tối ưu giảm theo độ cao tăng. Ở cùng độ cao, khi lưu lượng oxy sản phẩm thấp, oxy hàm lượng cao tích tụ ở đỉnh tháp không thể được xả kịp thời, dẫn đến áp suất riêng phần oxy cao ở vùng truyền khối trên của tháp hấp phụ, ức chế sự hấp phụ nitơ của sàng phân tử tạo ra oxy; khi lưu lượng oxy sản phẩm quá lớn, amoniac sẽ xâm nhập vào lớp hấp phụ, khiến hàm lượng oxy sản phẩm giảm mạnh.