Auswirkung der Anpassung des PSA-Sauerstoffproduktionsprozesses auf die Sauerstoffproduktionswirkung in einer Plateauumgebung

Abstrakt:

Basierend auf dem verbesserten zyklischen PSA-Sauerstoffproduktionsprozess wurde ein PSA-Sauerstoffproduktions-Versuchsgerät mit anpassbaren Prozessparametern entwickelt. Die Auswirkungen von Adsorptionszeit, Druckausgleichszeit, Reinigungszeit und Produktgasdurchflussrate auf die Sauerstoffproduktionsleistung in Plateaubereichen wurden experimentell untersucht und theoretisch analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass eine angemessene Verlängerung der Adsorptionszeit dazu beiträgt, den Adsorptionsdruck zu erhöhen und die Produktgasleistung zu verbessern, eine zu lange Adsorptionszeit jedoch dazu führt, dass das Molekularsiebbett durchdringt, was zu einem starken Abfall des Sauerstoffgehalts (Volumenanteil) des Produktgases führt; eine Verlängerung der Druckausgleichszeit bis zu einem gewissen Grad erhöht den Adsorptionsdruck und verbessert dadurch die Produktgasleistung; die Sauerstoffproduktionswirkung ist bei kurzer Reinigungszeit besser, und eine zu lange Reinigungszeit verbessert die Reinheit des Produktgases nicht weiter, führt aber zu einer großen Menge an hochreinem Gasabfall; eine hohe Produktgasdurchflussrate trägt dazu bei, die Ansammlung von hochreinem Produktgas an der Spitze des Adsorptionsturms zu vermeiden und einen Sauerstoffrückfluss in den Massenübertragungsbereich zu verhindern. Die Forschungsergebnisse werden eine theoretische Anleitung zur Optimierung der PSA-Sauerstoffproduktion in Höhenlagen und zu deren praktischer Anwendung liefern.

Optimierungsideen für den PSA-Sauerstoffproduktionsprozess in Hochplateaus

Mit zunehmender Höhe sinkt der atmosphärische Druck und das Abgasvolumen des Kompressors verringert sich entsprechend. Zu diesem Zeitpunkt wird die Adsorptionszeit verlängert, um den Arbeitsdruck im Adsorptionsturm zu erhöhen, die Effizienz des Sauerstoff produzierenden Molekularsiebs zu verbessern und eine größere Stickstoffadsorptionsmenge zu erhalten, wodurch der Effekt einer Erhöhung des Produkt-Sauerstoffgehalts und der Sauerstoffproduktion erreicht werden kann. Je höher die Höhe, desto niedriger ist der entsprechende Druck im Adsorptionsturm am Ende des Adsorptionsprozesses und desto niedriger ist der Anfangsdruck, den der Adsorptionsturm im Druckausgleichsschritt nach der Dekompression und Desorption erhält. Durch entsprechende Verlängerung der Druckausgleichszeit kann mehr Druckausgleichsgas in den Adsorptionsturm gelangen, wodurch der anfängliche Adsorptionsdruck erhöht wird und die entsprechende Stickstoffadsorptionsmenge des Sauerstoffmolekularsiebs entsprechend zunimmt und der Produkt-Sauerstoffgehaltsindex ebenfalls zunimmt. Es ist zu beachten, dass die Druckausgleichszeit nicht unbegrenzt verlängert werden kann. Wenn sie zu lang ist, entweicht Stickstoff aus dem gesättigten Sauerstoffmolekularsieb und gelangt in den Adsorptionsturm mit abgeschlossener Desorption. Mit zunehmender Höhe sinkt der Desorptionsumgebungsdruck, und der Desorptionsgrad des Adsorptionsturms steigt, und der Bedarf an Reinigungsgas sinkt. Das Reinigungsvolumen sollte mit zunehmender Höhe schrittweise reduziert werden. Das reduzierte Reinigungsvolumen wird als Produktgas abgelassen, was sich positiv auf die Sauerstoffproduktion und den Sauerstoffgehalt auswirkt. Der entsprechende Maximaldruck des Adsorptionsturms steigt mit der Reduzierung des Reinigungsvolumens, was sich positiv auf die Verbesserung des Produkt-Sauerstoffgehalts und die Sauerstoffproduktionseffizienz des Molekularsiebs auswirkt. Unter Betriebsbedingungen mit geringem Produktgasfluss kann die auf der Oberseite des Betts angesammelte Sauerstoffmenge durch Erhöhung des Reinigungsgasflusses freigesetzt werden, was die nachteiligen Auswirkungen der Sauerstoffrückvermischung verlangsamen kann; der Adsorptionsdruck kann durch Verringerung des Druckausgleichsgasflusses gesenkt werden, was die Ansammlung von Sauerstoff im Bett verlangsamen kann; das Gasversorgungsgerät mit geringerem Energieverbrauch kann ersetzt werden, um den Einlassfluss entsprechend zu verringern und die Produktionskosten zu senken. Unter Betriebsbedingungen mit hohem Produktgasfluss kann die Regenerationswirkung des Betts durch Erhöhung des Reinigungsgasflusses verbessert werden.

Abschluss

Das Forschungs- und Entwicklungsteam von NEWTEK untersuchte den Einfluss verschiedener Prozessparameter (Adsorptionszeit, Druckausgleichszeit, Reinigungszeit und Produktgasfluss) der Sauerstoffproduktion auf den Sauerstoffproduktionseffekt in einer Plateauumgebung und fasste die Optimierungs- und Anpassungsmethoden des Sauerstoffproduktionssystems zusammen, die wichtige Hinweise für die Optimierungsrichtung und Anpassungsstrategie des Plateau-Sauerstoffproduktionsprozesses liefern können. Daraus wurden die folgenden wichtigen Schlussfolgerungen gezogen.
(1) Mit der Änderung der Höhe gibt es einen optimalen Adsorptionszeitparameter. Wenn die Adsorptionszeit zu kurz ist, verringert sich die Sauerstoffproduktionseffizienz des Molekularsiebs. Wenn die Adsorptionszeit zu lang ist, wird der Adsorptionsturm von Stickstoff durchdrungen.
(2) Wenn die Druckausgleichszeit zu kurz ist, verringert sich der Anfangsdruck des Adsorptionsturms, was sich auf die endgültige Adsorptionsmenge an Stickstoff durch das Molekularsieb auswirkt. Wenn die Druckausgleichszeit zu lang ist, wird Ammoniak in der Stoffübergangssättigungszone der Molekularsieb-Adsorptionsschicht desorbiert und gelangt in den gerade desorbierten Adsorptionsturm, was zu einer Verringerung des Sauerstoffproduktionsgehalts führt.
(3) Auf gleicher Höhe steigt der Sauerstoffgehalt des Produkts zunächst an und sinkt dann mit der Reinigungszeit. Es gibt eine optimale Reinigungszeit. Je höher die Höhe, desto niedriger der Desorptionsdruck, desto höher der Desorptionsgrad des sauerstofferzeugenden Molekularsiebs und desto kürzer die erforderliche optimale Reinigungszeit.
(4) Die optimale Produktgas-Sauerstoffdurchflussrate nimmt mit zunehmender Höhe ab. Auf gleicher Höhe kann bei niedriger Produktsauerstoffdurchflussrate der oben im Turm angesammelte Sauerstoff mit hohem Gehalt nicht rechtzeitig abgeführt werden, was zu einem hohen Sauerstoffpartialdruck in der oberen Stoffaustauschzone des Adsorptionsturms führt, der die Adsorption von Stickstoff durch das sauerstofferzeugende Molekularsieb hemmt; wenn die Produktsauerstoffdurchflussrate zu groß ist, dringt Ammoniak in das Adsorptionsbett ein, wodurch der Produktsauerstoffgehalt stark abfällt.