V zadnjih letih so številna podjetja z razvojem razvojne in procesne tehnologije ter nenehnim širjenjem področij uporabe plina, zlasti nenehnim izboljševanjem zahtev glede kakovosti in količine kisika, dušika in dušika, povečala svoje naložbe v tehnološke raziskave in uporabo, močno poveča delež proizvodnje plina na plinskem trgu in postane še ena močna tehnologija za ločevanje zraka po kriogenem ločevanju zraka. Čeprav ima tehnologija proizvodnje kisika dolgoletno zgodovino, jo je treba še naprej razvijati, saj je odprla novo pot na področju proizvodnje kisika in je edinstvena. Izkoriščanje novih dosežkov sodobne vrhunske znanosti, raziskovanje mehanizma procesa adsorpcijske separacije ter skrbno načrtovanje in optimizacija parametrov bodo smer in težišče razvoja te tehnologije.
Koncept adsorpcijske separacije
Postopek adsorpcijskega ločevanja je sestavljen iz dveh korakov: adsorpcije in desorpcije tekočine. Že leta 1990 je ... predstavil koncept "adsorbcije", adsorpcija s nihanjem tlaka pa spada med fizikalne adsorpcije. Fizikalna adsorpcija je površinski pojav. V dvofaznem območju se tekočina in porozna trdna snov kombinirata med seboj. Med obema fazama obstaja medmolekularna sila, ki povzroči, da se molekule tekočine kopičijo in koncentrirajo na površini porozne trdne snovi. Pri večkomponentnih tekočinah obstajajo razlike v silah med vsako komponento in porozno trdno snovjo, zato pride do selektivne adsorpcije. Pod določenimi pogoji komponente, adsorbirane na površini trdne faze, zapustijo vmesnik in se vrnejo v tekočo fazo. Ta proces je obraten proces adsorpcije, imenovan desorpcija ali desorpcija.
Z adsorpcijo in desorpcijo se doseže ločevanje komponent in regeneracija trdne faze, s čimer se izvede ločevanje in čiščenje mešanih tekočin. Porozni material v trdni fazi se imenuje adsorbent, adsorbirana tekočina pa se imenuje adsorbent. Ko se tekočina adsorbira, se razdalja med molekulami zmanjša, molekularna kinetična energija se zmanjša in sprosti se toplota. Nasprotno, med desorpcijo se molekularna kinetična energija poveča in potrebna je absorpcija toplote, da se odstranijo adsorbirane molekule, adsorbirane na površini.
Načelo proizvodnje kisika z adsorpcijo zaradi nihanja tlaka
Adsorpcijsko ločevanje mešanega plina se zaključi s pritiskom, adsorbirane komponente plina pa se desorbirajo pod pogoji znižanega tlaka, da se doseže ločevanje med komponentami mešanega plina in regeneracija adsorbenta. Izoterma ravnotežja adsorpcije tekoče komponente, ko je temperatura konstantna, se količina adsorpcije mešanega plina na adsorbentu poveča s povečanjem parcialnega tlaka komponente;
Ob predpostavki, da temperatura v adsorpcijski posodi med adsorpcijo in desorpcijo ostane konstantna, se bo s spreminjanjem parcialnega tlaka tekoče komponente adsorpcijska količina tekočine na adsorbentu v trdni fazi spreminjala vzdolž adsorpcijske izoterme, delovna točka je med točkama , razlika med količinama adsorpcije obeh točk pa je količina ločevanja komponent izotermnega adsorpcijskega cikla z nihanjem tlaka. Vendar pa pri dejanskem procesu adsorpcijskega ločevanja z nihanjem tlaka adsorpcijski proces sprošča toploto, desorpcijski proces pa absorbira toploto. Temperatura adsorpcijske plasti se bo spremenila, kar bo vplivalo na potek adsorpcijskega procesa. Ko se adsorpcija nadaljuje, bo dejanski adsorpcijski proces z nihanjem tlaka potekal med dvema točkama in dejanska količina ločevanja komponente adsorpcije z nihanjem tlaka.
Povečanje razlike v količini adsorpcije komponent plina na adsorbentu med procesoma adsorpcije in desorpcije bo pomagalo izboljšati učinek ločevanja. Poleg velike razlike v selektivnosti za vsako komponento mora imeti izbrani adsorbent tudi znatno spremembo naklona adsorpcijske izoterme, spremembo tlaka pa je treba čim bolj povečati, da se poveča vrednost spremembe adsorpcije komponente znesek. Proizvodnja kisika uporablja zrak kot surovi plin in zeolitna molekularna sita kot adsorbente v trdni fazi. Mehanizem ločevanja spada v vrsto ravnotežnega ločevanja, kar pomeni, da je razlika v medmolekularni sili med molekulami dušika in kisika v zraku v porah molekularnega sita v celoti izkoriščena za doseganje proizvodnje kisika pri ločevanju zraka.
Dipolni moment molekule dušika je , dipolni moment molekule kisika je , polarizabilnost dušika pa je večja, zato je interakcija med dušikom in kationi ter polarnimi površinami v zeolitu močnejša kot med dušikom in kisikom. Zato lahko zeolitna molekularna sita selektivno adsorbirajo dušik. Z uporabo lastnosti zeolitnih molekularnih sit, da prednostno adsorbirajo dušik pri srednjem in nizkem tlaku, je namen ločevanja dušika in kisika v zraku dosežen z obdelavo povečanja tlaka, nato pa se tlak zmanjša, da se desorbira dušik, adsorbiran v trdni fazi. molekularna sita, tako da je mogoče molekularna sita v trdni fazi reciklirati.
