小規模圧力変動吸着酸素製造技術試験

 小規模圧力スイング吸着酸素製造技術
 

小圧力スイング吸着 (PSA) 酸素製造技術は、空気を原料として使用し、電気を唯一のエネルギー源として物理吸着によって酸素を製造します。この装置は、電源を入れてから数分以内に、医療基準を満たす酸素含有量が 90% 以上の医療用酸素を継続的に生成できます。この技術には、簡単な操作、信頼性、長期にわたる酸素供給、費用対効果などの利点があります。

小型 PSA 酸素濃縮器は、サイズ、重量、騒音、エネルギー消費について厳しい要件があり、病院、家庭、ホテル、酸素バー、その他の公共の場所で広く使用されています。これらの要求を満たすために、コンセントレータはコンパクト、軽量、持ち運び可能、静かでエネルギー効率が高い必要があります。小型 PSA 酸素発生装置の性能をさらに向上させるために、この研究では、モレキュラーシーブの選択、切り替え時間、均圧ステップの最適化、酸素貯蔵タンクの容量など、酸素生成に影響を与える要因を調査しています。これらの最適化により、酸素生成効率を向上させ、エネルギー消費を削減し、装置の耐用年数を延ばすことが目標です。

 

 

 

処理の流れ

圧力スイング吸着 (PSA) による酸素生成は、さまざまな圧力下での酸素と窒素に対するゼオライト モレキュラー シーブの異なる吸着容量に依存します。高圧では窒素が吸着されて酸素が豊富になり、低圧では窒素が脱離して酸素が豊富なガスが生成されます。複数の吸着床を順番に切り替えて酸素を連続生成します。一般的な PSA プロセスには、大気圧脱着を伴う高圧吸着 (PSA)、真空脱着を伴う加圧吸着 (VPSA)、および真空脱着を伴う大気圧吸着 (VSA) が含まれます。

PSA プロセスは、そのシンプルさと低投資のため、小規模酸素製造に広く使用されていますが、エネルギー消費量が高いため、よりエネルギー効率の高い VPSA プロセスへの関心が高まっています。近年、VPSA テクノロジーは小規模用途で注目を集めており、すでに海外で製品が発売されています。

ガス回収率、酸素純度を向上させ、エネルギー消費を削減するために、均圧 (PE) ステップが導入されました。このステップでは 2 つの吸着塔を接続し、高圧塔からのガスを低圧塔に流し、それらの圧力のバランスをとります。この機械エネルギーの回収とガス濃度分布の最適化により、エネルギー効率と回収率が向上します。

研究によると、PEを使用したPSAプロセスは、エネルギー効率とガス回収率を向上させながら、スイッチング圧力、コンプレッサーの電力損失、ベッドの電力損失を大幅に削減します。 PE は大規模システムに広く適用されていますが、技術的およびコスト上の制限により、小規模なデバイスでの使用はあまり一般的ではありません。小規模の PSA 酸素製造では、吸着塔の入口、出口、または両端に PE を実装することができ、性能、効率、エネルギー節約が向上します。

 

 

テストプロセス

1-フィルタ; 2-コンプレッサー; 3-涼しくなります。 4-圧力計; 5-2 位置 5 方ソレノイド バルブ; 6-マフラー; 7-吸着塔; 8-均圧電磁弁; 9-スロットルバルブ; 10-三方弁; 11-逆止弁; 12-ガス貯蔵タンク; 13-圧力制限バルブ;
14-流量計; 15-コントロールパネル

実験装置では、2位置5方電磁弁と均圧電磁弁を制御盤で管理し、均圧なし、空気入口均圧、吸着両端均圧の3つのプロセス構成が可能です。タワー。システムは均圧時間と空気入口接続時間を調整してこれらのプロセスを切り替えます。

空気は精製、圧縮、冷却されてから、ゼオライトモレキュラーシーブを備えた吸着塔に流入して分離されます。分離された酸素はガス貯蔵タンクに流入し、残りの窒素は排出されます。酸素の流れは流量計によって制御され、切り替え時間はコントロールパネルによって調整されます。酸素含有量は銅アンモニア溶液法とYHLインテリジェント酸素メーターを使用して測定されます。

この実験は、モレキュラーシーブの種類、切り替え時間、均圧化ステップ、吸着塔比、貯蔵タンク容積などの要因が酸素生成に及ぼす影響に焦点を当てています。一部のパラメーターは、パフォーマンスへの影響をより明確に分析するために無次元化されています。

結論
 

さまざまな種類のモレキュラーシーブは酸素生成効率に大きな影響を与えますが、LiX モレキュラーシーブが最も優れたパフォーマンスを発揮します。 LiX を使用すると、吸着塔のサイズを大幅に縮小し、酸素と空気の比率を下げ、機械全体の性能を向上させることができます。

切り替え時間は、圧力スイング吸着 (PSA) 酸素生成における重要なパラメータです。特定のシステムに最適なスイッチング時間は、実験を通じて決定する必要があります。

均圧 (PE) ステップを導入すると、酸素含有量と回収率が効果的に増加し、エネルギーの節約につながります。単一の PE ステップを追加すると、酸素濃度と回収率の両方が大幅に向上します。したがって、小規模 PSA 酸素製造システムでは、単純な 1 ステップの PE プロセスが一般的に使用されます。

吸着塔の高さと直径の比を大きくすると、小規模 PSA システムにおける酸素生成性能の向上に役立ちます。ただし、比率が高すぎるとモレキュラーシーブの使用率が低下し、重大な壁効果が発生する可能性があり、酸素生成効率に悪影響を及ぼします。

ガス貯蔵タンクの容量を増やすと、酸素含有量が向上し、酸素供給の変動が軽減されます。