Studju Fuq Skema ta 'Titjib Ta' Adsorbiment Swing tal-Pressjoni

Introduzzjoni

Bl-iżvilupp mgħaġġel tal-industrijalizzazzjoni u l-urbanizzazzjoni, it-teknoloġija tas-separazzjoni u l-purifikazzjoni tal-gass għandha rwol importanti f'ħafna oqsma. L-adsorbiment ta 'swing tal-pressjoni (PSA), bħala teknoloġija effettiva ta' separazzjoni tal-gass, ġibed attenzjoni mifruxa minħabba t-tħaddim sempliċi tiegħu, il-konsum baxx ta 'enerġija u l-firxa wiesgħa ta' applikazzjoni11-2. Il-proċess PSA tradizzjonali għad għandu xi limitazzjonijiet fl-effiċjenza tas-separazzjoni u l-utilizzazzjoni tal-enerġija, li wassal lir-riċerkaturi biex kontinwament ifittxu metodi ta 'titjib biex itejbu l-prestazzjoni tiegħu. Dan id-dokument jipproponi metodu mtejjeb ibbażat fuq it-teknoloġija PSA, li jimmira li jottimizza l-proċess tradizzjonali tal-PSA u jtejjeb l-effiċjenza tal-applikazzjoni tiegħu fil-qasam tas-separazzjoni u l-purifikazzjoni tal-gass. Permezz tal-ottimizzazzjoni tal-assorbenti, l-aġġustament tal-parametri operattivi u d-disinn ta 'apparati ġodda ta' adsorbiment, hija impenjata li tikseb effiċjenza ogħla ta 'separazzjoni u konsum aktar baxx ta' enerġija, u b'hekk tippromwovi l-iżvilupp ulterjuri tat-teknoloġija PSA.

 

 

 

 

1 Prinċipju u proċess tradizzjonali ta 'adsorbiment swing pressjoni
Pressure swing adsorbment (PSA) hija teknoloġija li tikseb separazzjoni tal-gass ibbażata fuq il-karatteristiċi ta 'adsorbiment selettiv ta' adsorbenti fuq molekuli tal-gass. Il-prinċipju bażiku huwa li tuża d-differenza fil-kapaċità ta 'assorbiment ta' l-adsorbent għal gassijiet ta 'komponenti differenti fi pressjonijiet differenti, u biex jinkiseb il-proċess ta' adsorbiment u desorbiment tal-gass billi taġġusta l-pressjoni [13-4]. Fil-proċess PSA, it-taħlita tal-gass normalment tgħaddi minn sodda adsorber mimlija b'assorbent adattat. Fl-istadju ta 'pressjoni għolja, il-komponent fil-mira fit-taħlita tal-gass se jiġi adsorbit mill-adsorbent, filwaqt li l-komponent mhux fil-mira se jgħaddi mis-sodda adsorbenti u jiġi skarikat mis-sistema wara l-purifikazzjoni. Sussegwentement, fl-istadju ta 'pressjoni baxxa, billi titnaqqas il-pressjoni, il-komponent fil-mira fl-adsorbent se jiġi desorbit u miġbur biex jinkiseb gass ippurifikat fil-mira.
Il-proċess PSA tradizzjonali ġeneralment jinkludi l-passi li ġejjin: adsorbiment, rilaxx tal-pressjoni, purifikazzjoni, riċiklaġġ u żieda fil-pressjoni.
1) Assorbiment: Fl-istadju ta 'pressjoni għolja, it-taħlita tal-gass tgħaddi mis-sodda adsorbent, il-komponent fil-mira jiġi adsorbit b'mod selettiv mill-adsorbent, u l-komponent mhux fil-mira jgħaddi mis-sodda adsorbent.
2) Rilaxx tal-pressjoni: Wara l-istadju tal-adsorbiment, il-komponent fil-mira jibda jiddesorbi billi jnaqqas il-pressjoni tas-sodda tal-adsorber, u b'hekk jikseb id-desorbiment tal-komponent fil-mira.
3) Purifikazzjoni: Il-komponent fil-mira desorbit jiġi pproċessat aktar mill-apparat ta 'purifikazzjoni biex jikseb gass fil-mira ta' purità għolja.
4) Riċirkolazzjoni: Il-gass ippurifikat fil-mira jista 'jiġi injettat mill-ġdid fis-sistema biex jipprovdi opportunità għal assorbiment mill-ġdid.
5) Żieda fil-pressjoni: Billi tiżdied il-pressjoni tas-sodda tal-adsorber, l-adsorbent jiġi rrestawrat għal stat ta 'assorbiment għoli biex jipprepara għaċ-ċiklu li jmiss.
Hemm xi problemi fl-applikazzjoni prattika tal-proċess PSA tradizzjonali, li jillimita t-titjib ulterjuri tal-prestazzjoni u l-effiċjenza tiegħu. L-ewwel, il-proċess PSA tradizzjonali għandu żmien ta 'ċiklu twil, li jirriżulta f'ċiklu ta' produzzjoni twil u kapaċità ta 'produzzjoni limitata. Il-ħin twil ta 'assorbiment mhux biss iżid il-konsum tal-enerġija tas-sistema, iżda jillimita wkoll l-applikazzjoni fuq skala kbira tiegħu fil-produzzjoni industrijali. It-tieni nett, hemm problema ta' ħin żbilanċjat fil-proċess tradizzjonali tal-PSA15-6 għal kull pass ta' operazzjoni. L-allokazzjoni tal-ħin mhux raġonevoli ta 'passi differenti se twassal għal effiċjenza baxxa tas-sistema u tnaqqas l-effett tas-separazzjoni u l-effiċjenza tal-purifikazzjoni. Barra minn hekk, id-disinn tal-istruttura tal-adsorber u l-metodu taċ-ċirkolazzjoni fil-proċess tradizzjonali tal-PSA għandu wkoll ċertu impatt fuq il-prestazzjoni tas-sistema. L-istruttura tal-adsorber mhux raġonevoli se twassal għal fluss tal-gass fqir u taffettwa l-effett tas-separazzjoni. Il-metodu ta 'ċirkolazzjoni tradizzjonali jista' jkollu problemi bħal varjazzjonijiet kbar fil-pressjoni u konsum għoli ta 'enerġija.
Fil-qosor, il-proċess PSA tradizzjonali għandu problemi bħal ħin ta 'ċiklu twil, ħin ta' pass ta 'tħaddim żbilanċjat, u struttura ta' adsorber mhux raġonevoli u disinn tal-modalità taċ-ċiklu, li jillimitaw l-effiċjenza tal-applikazzjoni tiegħu fil-qasam tas-separazzjoni u l-purifikazzjoni tal-gass. Għalhekk, huwa meħtieġ u ta 'sinifikat kbir li tittejjeb it-teknoloġija PSA.

 

 

 

 

2 Ottimizzazzjoni tal-assorbenti
2.1 Għażla tal-assorbenti u evalwazzjoni tal-prestazzjoni
L-adsorbent huwa komponent vitali fis-sistema PSA, u l-għażla u l-prestazzjoni tiegħu għandhom rwol ewlieni fl-effett ta 'separazzjoni u l-konsum tal-enerġija tas-sistema. F'termini ta 'għażla ta' adsorbent, fatturi bħall-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi tal-gass fil-mira, il-kapaċità ta 'assorbiment u s-selettività ta' l-adsorbent jeħtieġ li jiġu kkunsidrati. L-assorbenti komunement użati jinkludu karbonju attivat, passaturi molekulari, eċċ.
Biex tiġi evalwata l-prestazzjoni tal-adsorbent, jistgħu jintużaw metodi bħall-esperiment tal-isoterma tal-adsorbiment u l-esperiment tal-adsorbiment dinamiku. L-esperiment tal-isoterma tal-adsorbiment jista 'jkejjel l-ammont tal-adsorbiment ta' gassijiet komponenti differenti mill-adsorbent u jikseb il-kurva tal-isoterma tal-adsorbiment. L-esperiment ta 'adsorbiment dinamiku jista' jissimula l-prestazzjoni ta 'adsorbiment ta' l-adsorbent taħt kondizzjonijiet ta 'proċess attwali, inklużi indikaturi bħar-rata ta' adsorbiment u selettività.
2.2 Teknoloġija tal-modifika tal-wiċċ adsorbenti
Il-modifika tal-wiċċ tal-assorbenti hija waħda mill-mezzi importanti biex tittejjeb il-prestazzjoni tal-adsorbiment tagħhom. Billi tbiddel il-proprjetajiet kimiċi u l-istruttura tal-pori tal-wiċċ adsorbenti, l-erja tal-wiċċ tagħha tista 'tiżdied, id-daqs tal-pori jista' jiġi aġġustat, u l-kapaċità ta 'assorbiment u s-selettività jistgħu jitjiebu.
It-tekniki ta' modifikazzjoni tal-wiċċ adsorbenti użati b'mod komuni jinkludu l-impregnazzjoni, id-depożizzjoni, l-iskambju joniku u l-modifika kimika [17-8]. Il-metodu ta 'impregnazzjoni huwa li tgħaddas l-adsorbent f'soluzzjoni speċifika, u tbiddel il-proprjetajiet tal-wiċċ ta' l-adsorbent b'reazzjoni kimika jew assorbiment fiżiku bejn l-adsorbent u s-sustanza fis-soluzzjoni. Il-metodu ta 'depożizzjoni huwa li jiddepożita saff ta' sustanzi speċifiċi, bħal ossidi tal-metall jew komposti funzjonali organiċi, fuq il-wiċċ ta 'l-adsorbent biex tiżdied l-attività u s-selettività ta' l-adsorbent. Il-metodu ta 'skambju joniku jintroduċi joni speċifiċi fuq il-wiċċ ta' l-adsorbent biex ibiddel il-proprjetajiet ta 'ċarġ tal-wiċċ, u b'hekk jirregola s-selettività ta' l-adsorbent. Il-modifika kimika hija li tintroduċi gruppi funzjonali kimiċi fuq il-wiċċ ta 'l-adsorbent biex tbiddel il-proprjetajiet kimiċi u l-affinità tagħha.
2.3 Disinn u sintesi ta 'assorbenti ġodda
Minbarra t-titjib tal-prestazzjoni tal-assorbenti tradizzjonali, il-prestazzjoni tas-sistemi PSA tista 'titjieb ukoll billi jiġu ddisinjati u sintetizzati adsorbenti ġodda. Assorbenti ġodda jistgħu jkunu materjali innovattivi bbażati fuq prinċipji u materjali differenti. Per eżempju, Metal-Organic Frameworks (MOFs) huma tip ġdid ta 'adsorbent b'porożità għolja u struttura aġġustabbli. MOFs għandhom erja tal-wiċċ enormi u volum tal-pori, li jistgħu jipprovdu aktar siti ta 'assorbiment, itejbu l-kapaċità ta' assorbiment u s-selettivitàI9-101. Barra minn hekk, in-nanomaterjali bħan-nanotubi tal-karbonju u l-grafene juru wkoll valur ta 'applikazzjoni potenzjali bħala assorbenti. Id-disinn u s-sinteżi ta 'assorbenti ġodda jeħtieġu konsiderazzjoni komprensiva ta' fatturi bħall-prestazzjoni ta 'l-adsorbiment, l-istabbiltà u l-ispiża tal-preparazzjoni. Adsorbenti ġodda b'rendiment eċċellenti ta 'adsorbiment jistgħu jinkisbu permezz ta' ottimizzazzjoni strutturali, modifika funzjonali, u titjib tal-proċessi ta 'preparazzjoni.
Bl-ottimizzazzjoni tal-għażla u l-prestazzjoni tal-assorbenti, inkluża l-għażla u l-evalwazzjoni tal-prestazzjoni tal-assorbenti, it-teknoloġija tal-modifika tal-wiċċ tal-assorbenti, u d-disinn u s-sintesi ta 'assorbenti ġodda, l-effiċjenza tas-separazzjoni u l-effett ta' purifikazzjoni tas-sistemi PSA jistgħu jitjiebu b'mod sinifikanti, u jippromwovu l-iżvilupp ulterjuri tat-teknoloġija PSA. It-taqsima li jmiss se tiddiskuti l-effett tal-ottimizzazzjoni tal-parametri operattivi fuq il-prestazzjoni tas-sistemi PSA.