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化工技术之小型变压吸附制氧工艺技术研究

发布日期: 2019-12-02

来源: www.qdf0605.com

  • 资料大小: 1.30MB
  • 资料类别: 化工论文
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  • 更新时间: 2019-12-02
  • 发布者: 清道夫环保网

基本简介

化工技术之小型变压吸附制氧工艺技术研究

小型变压吸附制氧工艺技术研究

变压吸附制氧工艺在--定的压力范围内增加吸附压力有利于提高产品氧气的浓度和回收率氧气浓度随着吸附时间的增加而不断提高回收率也不断增加均压可以提高氧气浓度和回收率,且在吸附时间较短时均压时间越长氧气的浓度越高。操作条件对氧气浓度的影响大小流量>吸附时间>均压时间,最佳的工艺条件为吸附时间5.66s,均压时间1.00s, 流量5.11L/min,此时氧气浓度为94.80%,氧气回收率为26.33%

氧气在人类的生活中具有非常重要的作用,不仅为人类的生存提供了必要条件而且也应用到各种工业生产中。变压吸附(PSA)制氧技术经过几十年的发展日渐成熟被应用到钢铁制造、石油化工、玻璃制造、医院用氧等领域,变压吸附制氧由于其方便、快捷、高效且可持续供氧的特点,近年来不断被人们研究和应用。小型变压吸附制氧技术在医疗保健、高原补氧、家庭氧疗等方面具有广泛的应用前景受到许多学者的青睐。祝显强等研究了快速PSA制氧的排放气充压过程发现采用排放气和原料气组合充压流程可以提高氧浓度但是氧的回收率较低。翟晖等研究了真空环境对小型PSA制氧的影响结果显示真空解吸有利于提高氧气浓度。朱孟府等为方便用氧对小型变压吸附制氧装置进行了研究。目前这些研究工作多为实验研究,而且不能定量分析各参数之间的相互关系和影响规律。

本文考察小型PSA制氧工艺特性,获得氧气浓度随吸附时间、均压时间等的变化规律运用响应面法对数据进行系统分析,建立小型PSA制氧工艺模型得出氧气浓度与各影响因素之间的相互关系,并对制氧工艺参数进行优化,为变压吸附制氧工艺应用研究提供--种新的思路和借鉴。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

JL0X-101分子筛工业品。

2660CHI554空压机; CYYZ11-H-67-A1-17-B-G压力传感器;CY688L氧浓度传感器;MF4008-20-R-BV-O电子流量计;10L/min转子流量计。

1.2 实验方法

实验装置见图1。为使分子筛的吸附与再生交替进行实验采用两塔变压吸附流程塔高385mm,直径65mm)。用空气压缩机先将空气输送到缓冲罐气体经缓冲罐通过电磁阀的控制进入吸附塔中。当气体达到一定压力,分子筛开始吸附氮气,同时分离出氧气氧气通过管道进入储氧罐氧气浓度由测氧仪检测当吸附塔降压时分子筛解吸释放氮气实现再生解吸的氮气通过消声器排出。如此反复循环得到连续不断的氧气。电磁阀通过设定的程序来控制阀门实现空气的进入和氮气的排出。此外从吸附塔中产生的氧气有一部分通过氧桥进入另个吸附塔进行均压增加吸附塔中的气体含量使其更快速的达到吸附压力同时可以对塔中的分子筛进行反冲洗有利于分子筛的再生。

小型变压吸附制氧工艺技术研究 

1 实验装置示意图

Fig.1 The schematic diagram of experimental facility

1,14.过滤器;2.空压机;3.缓冲罐;4,12.流量计;5.电磁阀;6,10.压力表;7,8.吸附塔;9.氧桥;11.储氧罐;13.测氧仪;15.消声器

2 结果与讨论

2.1 吸附压力对氧气浓度和回收率的影响

2为吸附压力对氧气浓度的影响实验条件氧气流量6L/min)

 

2 吸附压力对氧浓度和回收率的影响

Fig.2 Effect of adsorption pressure on oxygen purity and recovery

由图2可知随着吸附压力增加,氧气浓度增加。回收率与氧气浓度的增长趋势相同压力增大回收率增大。氧气浓度的增加从一定程度上反映了氧气回收率的增加,这是因为当压力增加分子筛对氮气的吸附量增加从而使氧气更容易分离出来利用率不断增大,导致回收率增加。

2.2 吸附时间对氧气浓度和回收率的影响

3为吸附时间对氧气浓度和回收率的影响实验条件氧气流量6L/min,均压时间为1s)

 

3 吸附时间对氧浓度和回收率的影响

Fig.3 Effect of adsorption time on oxygen purity and recovery

由图3可知随着吸附时间的延长,氧气浓度不断增加最后达到平稳状态,此时的氧气浓度与文献报道使用两步均压工艺制得氧气浓度相同在图3的曲线起始阶段因吸附时间较短吸附还没有完成解吸也没有完全,导致氧气浓度较低。而随着吸附时间的增加,吸附压力逐渐增大此时的吸附压力和时间都有利于分子筛的吸附从而氧气浓度达到最大,所以此时的吸附时间接近最佳吸附时间6.00s

由图3还可知气体回收率随吸附时间的延长而不断增加变化趋势与氧气浓度的趋势- -氧气浓度不断增加氧气的利用率必然增加从而回收率也会相应增加实验中回收率最大可达32.13%,与祝显强等报道采用快速真空变压吸附制氧工艺获得的氧气回收率相当此制氧工艺在相对简单的装置下得到了较高的氧气浓度和回收率。

2.3 均压时间对氧气浓度和回收率的影响

4为均压时间对氧气浓度和回收率的影响实验条件流量为6L/min)

 

4 均压时间对氧浓度和回收率的影响

Fig.4 Effect of pressure equalization time on oxygen purity and recovery

由图4可知当吸附时间较短时(4.50s),随着均压时间延长,氧气浓度和回收率均不断增加而当吸附时间为7.00s增加均压时间,氧气浓度基本不再变化,同时回收率增长趋势较缓。这是因为当吸附时间较短时进气量小,增加均压时间进入被均压吸附塔的气量不断增大,有利于更快达到吸附压力,从而增加了分子筛吸附时间而当吸附时间较长时吸附塔的进气量增大均压时的进气量相比而言较小,且此时的分子筛在达到吸附压力后已吸附完全故当吸附时间增长时均压时间对氧气浓度影响很小。

2.4 氧气流量对氧气浓度和回收率的影响

5为氧气流量对氧气浓度和回收率的影响实验条件吸附时间为7s,均压时间为1s)

 

5 流量对氧浓度和回收率的影响

Fig.5 Effect of flow on oxygen purity and recovery

由图5可知在流量<6.00L/min氧气浓度基本维持在94.50%左右,当氧气流量增加到7.00L/min氧气浓度迅速下降到88.00%。这是因为分子筛的质量一定时其对空气中氮气的吸附能力是一定的即制氧能力是固定的此时增大流量只能让更多的空气来补充增大的流量部分进而导致氧气浓度下降。

由图5还可知,回收率随流量的增大而增加这与氧气浓度随流量的变化趋势完全相反。通过产气端的流量控制,当调节输出流量较小时,部分氧气不能进入储氧罐而随解吸的氮气排出,导致此时的回收率低而随着输出流量的增大,更多的氧气被利用因此回收率也相应不断增加甚至在氧气浓度出现下降时,回收率依然保持增加。通过计算得到当氧气流量分别为6.00L/min7.00L/min纯氧气流量分别约为5.60L/min6.10L/min,证明氧浓度在下降的情况下,回收率仍在增加

 

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