Trong những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ xử lý và phát triển cũng như không ngừng mở rộng các lĩnh vực ứng dụng khí, đặc biệt là không ngừng nâng cao yêu cầu về chất lượng và số lượng đối với oxy, nitơ và nitơ, nhiều công ty đã tăng cường đầu tư vào nghiên cứu và ứng dụng công nghệ, tăng đáng kể tỷ lệ sản xuất khí trên thị trường khí đốt và trở thành một công nghệ tách không khí mạnh mẽ khác sau khi tách không khí đông lạnh. Công nghệ sản xuất oxy tuy đã có lịch sử nhiều năm nhưng vẫn cần được phát triển hơn nữa vì nó đã mở ra một con đường mới trong lĩnh vực sản xuất oxy và có một không hai. Tận dụng những thành tựu mới của khoa học tiên tiến đương thời, khám phá cơ chế của quá trình tách hấp phụ, thiết kế và tối ưu hóa các thông số một cách cẩn thận sẽ là hướng và trọng tâm phát triển của công nghệ này.
Khái niệm tách hấp phụ
Quá trình tách hấp phụ bao gồm hai bước: hấp phụ và giải hấp chất lỏng. Ngay từ năm 1990, … đã đưa ra khái niệm “hấp phụ”, và hấp phụ dao động áp suất thuộc về hấp phụ vật lý. Hấp phụ vật lý là một hiện tượng bề mặt. Trong vùng hai pha, chất lỏng và chất rắn xốp kết hợp với nhau. Giữa hai pha có một lực liên phân tử làm cho các phân tử chất lỏng tích tụ và tập trung trên bề mặt chất rắn xốp. Đối với chất lỏng nhiều thành phần, có sự khác biệt về lực giữa từng thành phần và chất rắn xốp, do đó xảy ra sự hấp phụ chọn lọc. Trong những điều kiện nhất định, các thành phần được hấp phụ trên bề mặt pha rắn sẽ rời khỏi bề mặt phân cách và quay trở lại pha lỏng. Quá trình này là quá trình hấp phụ ngược lại, được gọi là giải hấp hoặc giải hấp.
Thông qua sự hấp phụ và giải hấp, việc tách thành phần và tái tạo pha rắn đạt được, từ đó thực hiện việc tách và tinh chế chất lỏng hỗn hợp. Vật liệu xốp pha rắn được gọi là chất hấp phụ và chất lỏng bị hấp phụ được gọi là chất hấp phụ. Khi chất lỏng bị hấp phụ, khoảng cách giữa các phân tử giảm đi, động năng phân tử giảm và nhiệt được giải phóng. Ngược lại, trong quá trình giải hấp, động năng phân tử tăng lên và cần phải hấp thụ nhiệt để loại bỏ các phân tử bị hấp phụ hấp phụ trên bề mặt.
Nguyên lý sản xuất oxy bằng hấp phụ dao động áp suất
Quá trình phân tách hấp phụ của khí hỗn hợp được hoàn thành bằng cách điều áp và các thành phần khí hấp phụ được giải hấp trong điều kiện áp suất giảm để đạt được sự phân tách giữa các thành phần của khí hỗn hợp và sự tái sinh của chất hấp phụ. Đường đẳng nhiệt cân bằng hấp phụ thành phần chất lỏng, khi nhiệt độ không đổi, lượng hấp phụ của khí hỗn hợp trên chất hấp phụ tăng khi áp suất riêng phần của thành phần tăng;
Giả sử nhiệt độ trong thùng hấp phụ không đổi trong quá trình hấp phụ và giải hấp, bằng cách thay đổi áp suất riêng phần của thành phần chất lỏng, lượng hấp phụ của chất lỏng trên chất hấp phụ pha rắn sẽ thay đổi dọc theo đường đẳng nhiệt hấp phụ, điểm làm việc nằm giữa các điểm và sự khác biệt giữa lượng hấp phụ của hai điểm là lượng tách thành phần của chu trình hấp phụ dao động áp suất đẳng nhiệt. Tuy nhiên, trong quá trình phân tách hấp phụ dao động áp suất thực tế, quá trình hấp phụ giải phóng nhiệt và quá trình giải hấp sẽ hấp thụ nhiệt. Nhiệt độ của lớp hấp phụ sẽ thay đổi, ảnh hưởng đến sự diễn ra của quá trình hấp phụ. Khi quá trình hấp phụ diễn ra, quá trình hấp phụ dao động áp suất thực tế sẽ diễn ra giữa hai điểm và lượng phân tách thành phần hấp phụ dao động áp suất thực tế.
Việc tăng sự chênh lệch lượng hấp phụ của các thành phần khí trên chất hấp phụ trong quá trình hấp phụ và giải hấp sẽ giúp nâng cao hiệu quả tách. Ngoài việc có sự khác biệt lớn về độ chọn lọc của từng thành phần, chất hấp phụ được chọn cũng phải có sự thay đổi đáng kể về độ dốc của đường đẳng nhiệt hấp phụ và sự thay đổi áp suất phải được tăng lên càng nhiều càng tốt để tăng giá trị thay đổi của chất hấp phụ thành phần. số lượng. Sản xuất oxy sử dụng không khí làm khí thô và sàng phân tử zeolite làm chất hấp phụ pha rắn. Cơ chế phân tách thuộc loại phân tách cân bằng, nghĩa là sự khác biệt về lực liên phân tử giữa các phân tử nitơ và oxy trong không khí trong lỗ rây phân tử được tận dụng tối đa để đạt được quá trình sản xuất oxy tách không khí.
Momen lưỡng cực của phân tử nitơ là , mômen lưỡng cực của phân tử oxy là , độ phân cực của nitơ lớn hơn nên tương tác giữa nitơ với cation và bề mặt phân cực trong zeolit mạnh hơn tương tác giữa nitơ và oxy. Do đó, sàng phân tử zeolit có thể hấp thụ chọn lọc nitơ. Bằng cách sử dụng đặc tính của sàng phân tử zeolite để hấp thụ nitơ tốt nhất ở áp suất trung bình và thấp, mục đích tách nitơ và oxy trong không khí đạt được thông qua xử lý tăng áp suất, sau đó giảm áp suất để giải hấp thụ nitơ hấp phụ trong pha rắn sàng phân tử, để có thể tái chế sàng phân tử pha rắn.
