PSA酸素製造プロセス調整がプラトー環境下での酸素製造効果に与える影響

抽象的な：

改良された循環PSA酸素製造プロセスに基づいて、調整可能なプロセスパラメータを備えたPSA酸素製造実験装置が構築されました。 吸着時間、圧力均等化時間、洗浄時間、および生成ガス流量がプラトー領域での酸素製造性能に及ぼす影響を実験的に研究し、理論的に分析しました。 結果は、吸着時間を適切に延長すると、吸着圧力が上昇し、生成ガス性能が向上することを示していますが、吸着時間が長すぎると、分子ふるい層が貫通し、生成ガスの酸素含有量（体積分率）が急激に低下します。 圧力均等化時間をある程度延長すると、吸着圧力が上昇し、それによって生成ガス性能が向上します。 酸素製造効果は洗浄時間が短いほど良く、洗浄時間が長すぎると、生成ガスの純度がさらに向上せず、大量の高純度ガスが無駄になります。 高生成ガス流量は、吸着塔の上部での高純度生成ガスの蓄積を解消し、酸素が物質移動領域に逆流するのを防ぐのに役立ちます。 この研究成果は、高地におけるPSA酸素生成効果の最適化と実際の応用運用に理論的な指針を与えるものとなるでしょう。

高原地帯におけるPSA酸素生産プロセスの最適化のアイデア

高度が上昇するにつれて、大気圧が低下し、それに応じてコンプレッサーの排気量も減少します。このとき、吸着時間を延長して吸着塔内の作動圧力を高め、酸素生成分子ふるいの効率を向上させ、より大きな窒素吸着量を得ることで、製品の酸素含有量と酸素生成量を増やす効果を達成できます。高度が高いほど、吸着プロセス終了時の吸着塔内の対応する圧力が低くなり、減圧脱着後の圧力均等化ステップで吸着塔によって得られる初期圧力が低くなります。圧力均等化時間を適切に延長することで、より多くの圧力均等化ガスが吸着塔に入り、初期吸着圧力が上昇し、対応する酸素分子ふるい窒素吸着量がそれに応じて増加し、製品の酸素含有量指数も増加します。圧力均等化時間を無制限に延長することはできないことに注意してください。長すぎると、飽和酸素分子ふるいから窒素が逃げて、脱着が完了した吸着塔に入ります。 高度が上昇するにつれて、脱着周囲圧力が低くなるほど、吸着塔の脱着度が高くなり、このとき洗浄ガスの需要が減少します。高度が上昇するにつれて、洗浄量は徐々に減少する必要があります。減少した洗浄量は製品ガスとして排出され、酸素生産と酸素含有量の増加に有利です。洗浄量の減少に伴い、吸着塔の対応する最大圧力が増加し、分子ふるいの製品酸素含有量と酸素生産効率の向上に有利です。製品ガス流量が低い運転条件下では、洗浄ガス流量を増やすことでベッド上部に蓄積された酸素量を放出することができ、酸素の逆混合の悪影響を遅らせることができます。圧力均等化ガス流量を減らすことで吸着圧力を下げることができ、ベッド内の酸素の蓄積を遅らせることができます。エネルギー消費量の少ないガス供給装置に交換して、適切に吸入流量を減らし、生産コストを削減することができます。製品ガス流量が高い運転条件下では、洗浄ガス流量を増やすことでベッドの再生効果を高めることができます。

結論

NEWTEKの研究開発チームは、酸素生産のさまざまなプロセスパラメータ（吸着時間、圧力均等化時間、洗浄時間、生成ガス流量）がプラトー環境下での酸素生産効果に与える影響を研究し、酸素生産システムの最適化と調整方法をまとめました。これは、プラトー酸素生産プロセスの最適化の方向と調整戦略に重要な参考資料を提供し、次の主な結論を導き出しました。
（１）高度の変化に応じて、最適な吸着時間パラメータが存在する。吸着時間が短すぎると、分子ふるいの酸素生成効率が低下し、吸着時間が長すぎると、吸着塔に窒素が浸透する。
（２）圧力均等化時間が短すぎると、吸着塔の初期圧力が低下し、分子ふるいによる窒素の最終吸着量に影響を及ぼします。圧力均等化時間が長すぎると、分子ふるい吸着層の物質移動飽和領域にあるアンモニアが脱着し、脱着したばかりの吸着塔に入り、酸素生成量が低下します。
（３）同じ高度では、生成物の酸素含有量は洗浄時間とともに最初に増加し、その後減少します。最適な洗浄時間があります。高度が高いほど、脱着圧力が低くなり、酸素生成分子ふるいの脱着度が高くなり、必要な最適な洗浄時間が短くなります。
（4）最適な生成ガス酸素流量は高度が上がるにつれて減少する。同じ高度で生成酸素流量が低い場合、塔頂に蓄積された高濃度酸素が時間内に排出されず、吸着塔の上部物質移動ゾーンの酸素分圧が高くなり、酸素生成分子ふるいによる窒素の吸着が阻害される。生成酸素流量が大きすぎると、アンモニアが吸着床に浸透し、生成酸素含有量が急激に低下する。