През последните години, с развитието на технологията за развитие и процесите и непрекъснатото разширяване на полетата за приложение на газ, особено непрекъснатото подобряване на изискванията за качество и количество за кислород, азот и азот, много компании увеличиха инвестициите си в технологични изследвания и приложение, значително увеличаване на дела на производството на газ на газовия пазар и превръщане в друга мощна технология за разделяне на въздуха след криогенното разделяне на въздуха. Въпреки че технологията за производство на кислород има многогодишна история, тя все още се нуждае от по-нататъшно развитие, тъй като отвори нов път в областта на производството на кислород и е уникална. Възползването от новите постижения на съвременната авангардна наука, изследването на механизма на процеса на адсорбционно разделяне и внимателното проектиране и оптимизиране на параметрите ще бъде посоката и фокусът на развитието на тази технология.
Концепция за адсорбционно разделяне
Процесът на адсорбционно разделяне се състои от два етапа: адсорбция и десорбция на течност. Още през 1990 г. … представи концепцията за „адсорбция“, а адсорбцията с колебания под налягане принадлежи към физическата адсорбция. Физическата адсорбция е повърхностно явление. В двуфазната област течността и порестото твърдо вещество се комбинират един с друг. Между двете фази има междумолекулна сила, която кара молекулите на течността да се натрупват и концентрират върху повърхността на порестото твърдо вещество. За многокомпонентните течности има разлики в силите между всеки компонент и порестото твърдо вещество, така че възниква селективна адсорбция. При определени условия компонентите, адсорбирани върху повърхността на твърдата фаза, напускат интерфейса и се връщат към течната фаза. Този процес е обратният процес на адсорбция, наречен десорбция или десорбция.
Чрез адсорбция и десорбция се постига разделяне на компонентите и регенериране на твърда фаза, като по този начин се осъществява разделянето и пречистването на смесени течности. Твърдофазовият порест материал се нарича адсорбент, а адсорбираната течност се нарича адсорбент. Когато течността се адсорбира, разстоянието между молекулите се намалява, молекулярната кинетична енергия се намалява и се отделя топлина. Напротив, по време на десорбцията молекулярната кинетична енергия се увеличава и е необходимо поглъщане на топлина за отстраняване на адсорбираните молекули, адсорбирани на повърхността.
Принцип на производство на кислород чрез адсорбция с промяна на налягането
Адсорбционното разделяне на смесения газ завършва чрез херметизиране и адсорбираните газови компоненти се десорбират при условия на понижено налягане, за да се постигне разделяне между компонентите на смесения газ и регенерирането на адсорбента. Равновесна изотерма на адсорбция на флуиден компонент, когато температурата е постоянна, количеството на адсорбцията на смесения газ върху адсорбента се увеличава с увеличаването на парциалното налягане на компонента;
Ако приемем, че температурата в адсорбционния контейнер остава постоянна по време на адсорбция и десорбция, чрез промяна на парциалното налягане на флуидния компонент, адсорбционното количество на флуида върху твърдофазния адсорбент ще се промени по изотермата на адсорбция, работната точка е между точките , а разликата между количествата на адсорбция на двете точки е количеството на разделяне на компонентите на изотермичния адсорбционен цикъл с промяна на налягането. Въпреки това, в действителния процес на адсорбционно разделяне с промяна на налягането, процесът на адсорбция освобождава топлина, а процесът на десорбция абсорбира топлина. Температурата на адсорбционния слой ще се промени, засягайки протичането на процеса на адсорбция. Докато адсорбцията протича, действителният процес на адсорбция с промяна на налягането ще протече между двете точки и действителното количество разделяне на компонента на адсорбция с промяна на налягането.
Увеличаването на разликата в количеството на адсорбция на газовите компоненти върху адсорбента по време на процесите на адсорбция и десорбция ще спомогне за подобряване на ефекта на разделяне. Освен че има голяма разлика в селективността за всеки компонент, избраният адсорбент трябва също така да има значителна промяна в наклона на изотермата на адсорбция и промяната на налягането трябва да се увеличи колкото е възможно повече, за да се увеличи стойността на промяната на адсорбцията на компонента сума. Производството на кислород използва въздух като суров газ и зеолитни молекулярни сита като адсорбенти в твърда фаза. Механизмът на разделяне принадлежи към типа на равновесно разделяне, тоест разликата в междумолекулната сила между азотните и кислородните молекули във въздуха в порите на молекулярното сито се използва напълно за постигане на отделяне на въздуха при производството на кислород.
Диполният момент на азотната молекула е , диполният момент на кислородната молекула е , а поляризуемостта на азота е по-голяма, така че взаимодействието между азота и катионите и полярните повърхности в зеолита е по-силно от това между азот и кислород. Следователно зеолитните молекулярни сита могат селективно да адсорбират азот. Чрез използване на свойството на зеолитните молекулярни сита да адсорбират преференциално азота при средно и ниско налягане, целта за разделяне на азота и кислорода във въздуха се постига чрез обработка с повишаване на налягането и след това налягането се намалява, за да се десорбира азота, адсорбиран в твърдата фаза молекулярни сита, така че молекулните сита в твърда фаза да могат да бъдат рециклирани.
