小型变压吸附制氧工艺技术研究

设计两塔小型变压吸附工艺,研究吸附压力、吸附时间、均压时间对氧气浓度和回收率的影响。结果表明,在一定压力范围内,增加吸附压力可以提高氧气浓度和回收率;随着吸附时间的延长,氧气浓度不断增加,最后达到平稳;增加均压时间可以提高氧气浓度和回收率。运用响应面法分析吸附时间、均压时间、流量对氧气浓度的影响,结果显示,流量对氧气浓度的影响最大,吸附时间次之,均压时间影响最小,最佳工艺条件为:吸附时间5.66 s,均压时间1.00 s,流量5.11 L/min,此时氧气浓度为94.80%,氧气回收率为26.33%。     

小型变压吸附制氧工艺技术研究

设计两塔小型变压吸附工艺,研究吸附压力、吸附时间、均压时间对氧气浓度和回收率的影响。结果表明,在一定压力范围内,增加吸附压力可以提高氧气浓度和回收率;随着吸附时间的延长,氧气浓度不断增加,最后达到平稳;增加均压时间可以提高氧气浓度和回收率。运用响应面法分析吸附时间、均压时间、流量对氧气浓度的影响,结果显示,流量对氧气浓度的影响最大,吸附时间次之,均压时间影响最小,最佳工艺条件为:吸附时间5.66 s,均压时间1.00 s,流量5.11 L/min,此时氧气浓度为94.80%,氧气回收率为26.33%。     

微型变压吸附低压差吸附工艺

通过对微型制氧流程的实验研究和分析,确定了单节流小流量反吹和均压工艺的最佳实验参数,在保证产氧浓度和氧气最大回收率的条件下,该工艺流程吸附压力最低。结果表明：小流量反吹工艺可以提高产品气中氧气浓度（体积分数）,吸附塔出口端单向阀可以有效降低吸附压力;双节流反吹工艺虽然可以提高产品气中氧气浓度,但节流孔径限制了产品氧气输出,导致吸附压力升高;单节流小流量反吹工艺和均压工艺中均压时间与瞬洗时间均存在最佳值。     

中间气两步充压对快速真空变压吸附制氧的影响

针对快速变压吸附制氧浓度和回收率低问题,提出了用于提高产氧浓度和回收率的中间气两步充压的快速真空变压吸附流程,并对该流程进行了研究。结果表明:在快速真空变压吸附制氧过程中,中间气先在出气端充压可以有效提高产氧浓度,之后再在进气端充压可提高氧气回收率。出气端充压前中间气压力及氧浓度和进气端充压后床层压力是影响产氧浓度和回收率提高的关键参数。当吸附和解吸压力分别为240、60 k Pa时,循环氧气回收率为34.57%,且每天产单位吨氧需吸附剂量为61.18 kg·TPD-1。     

中间气两步充压对快速真空变压吸附制氧的影响

针对快速变压吸附制氧浓度和回收率低问题,提出了用于提高产氧浓度和回收率的中间气两步充压的快速真空变压吸附流程,并对该流程进行了研究。结果表明：在快速真空变压吸附制氧过程中,中间气先在出气端充压可以有效提高产氧浓度,之后再在进气端充压可提高氧气回收率。出气端充压前中间气压力及氧浓度和进气端充压后床层压力是影响产氧浓度和回收率提高的关键参数。当吸附和解吸压力分别为240、60 kPa时,循环氧气回收率为34.57%,且每天产单位吨氧需吸附剂量为61.18 kg·TPD^-1。     

节能型 VPSA 富氧工艺优化模拟

根据变压吸附分离原理,建立数学模型,并利用Aspen Adsim软件对三塔VPSA富氧工艺过程进行模拟。通过调整模拟参数考查了循环周期、均压时间等对富氧效果的影响。为了降低工艺能耗,一方面在保证产品气氧气浓度以及回收率的基础上尽量降低吸附压力与解吸压力比,另一方面当吸附塔压力低于大气压力时,借助于压降驱动力采取常压进气方式。结果表明：在本模拟工艺中,当循环时间75 s,均压时间4 s,吸附、解吸压力比为2.88时,得到产品气氧气体积分数为94.6%,回收率为56.6%。     

小型变压吸附制氧的真空解吸实验

通过实验研究了真空环境对小型变压吸附制氧的影响,考察了真空解吸与常压解吸两种条件下,进气压力、产氧量与均压时间对氧气纯度的影响。实验结果表明:真空解吸有利于提高氧气纯度和缩短产氧启动时间;真空解吸条件下,进气压力、产氧量与均压时间的变化对氧气纯度的影响规律与常压解吸时相同,但影响程度减弱。     

变温吸附法分离氯气氧气工艺技术研究

采用变温吸附的方法将氯化氢催化氧化产物中氯气和氧气进行分离提纯,通过正交实验考察了吸附压力、吸附时间、吸附温度和解析温度对解析气中氯气的浓度和回收率的影响。实验结果表明在吸附压力为2 bar、吸附时间为50 min、吸附温度为40℃、解析温度为100℃的条件下,解析气中氯气的浓度和回收率最大,分别为99.8%、88.4%。     

CMS+ZMS二级变压吸附制纯氧的优化研究

文利用电路网络模型对变压吸附制氧工艺流程模拟并优化操作参数后,用碳分子筛吸附空气中大部分的Ar和N2,解吸出的大约70%左右的氧气作为沸石分子筛单元的进料气,在沸石分子筛中除去余下的N2,即可得到产品回收率为28.4%,浓度为99.06%的纯氧。通过模拟发现,在保证氧气纯度的前提下,通过筛选工艺流程,优化阀系数、操作时间、吸附和脱附的压力,从而提高氧气回收率,降低了制纯氧的成本。     

颗粒直径对吸附分离影响的数值模拟

基于Fluent的多孔介质模型,建立了变压吸附制氧发生器的立式填充床模型。采用用户自定义函数功能,以反映吸附传质、传热,并将多孔介质单相模型整合为更精确的气固两相耦合模型。在此基础上,模拟了吸附颗粒直径对气相压力、速度、床层压降以及氧气分离浓度、回收率等参数的影响情况。结果表明：床层压降随颗粒直径的增大而减小;床层对入口急流的抗穿透性能随颗粒直径的增大而减小;相同条件下,采用较小颗粒直径能够提高氧气分离浓度、回收率,原因在于小颗粒直径降低了床层内气体的流速,增加了吸附时间,促进了吸附的进行。     

变压吸附制纯氧过程阀系数的优化控制

利用电路网络模型,对变压吸附制纯氧阀系数进行优化控制,在碳分子筛为第一级吸附,5A分子筛作为二级吸附工艺中,可得到浓度为99.06%,回收率为28.4%的氧气产品,从而提高了氧气的回收率,增加了单位吸附剂的生产能力,节省了动力消耗.     

双回流真空变压吸附空分模拟

双回流真空变压吸附(Duplex VPSA)是一种中间位置进料,塔顶和塔底分别采用轻、重组分回流的变压吸附过程,能够同时得到较高体积分数的轻、重组分产品。利用Aspen Adsorption模拟软件,以Li-X氧分子筛为吸附剂,对两塔Duplex VPSA空气分离进行了模拟研究。每个循环包含进料/轻组分回流、均压升、重组分产品升压、重组分回流/吸附、均压降、逆向降压6个步骤,在吸附压力200 kPa和解吸压力57 kPa下能够得到体积分数98.08%的氧气和体积分数97.57%的氮气,回收率分别为90.32%和98.89%。研究了不同进料位置、进料流量和回流比对产品气的体积分数和回收率的影响。结果表明,Duplex VPSA过程能够同时得到较高体积分数和回收率的氧气和氮气。     

新型六塔旋转变压吸附制氧装置

针对变压吸附空分制氧装置的微型化趋势,研制了一种新型六塔旋转变压吸附制氧装置。本文介绍了新型装置的工作原理,且通过实验研究了六塔旋转PSA制氧过程中几个主要工艺参数对系统性能的影响。实验表明,提高转速,产品氧的纯度随之先提高后降低,对应于每个进料流量都存在一个获得最高氧纯度的最佳转速;而且,进料流量小时氧纯度较低,进料流量大时回收率降低,因此存在一个最佳进料流量;充压时间与吸附时间的比值对产品氧浓度的影响非常显著;与常见的PSA装置相比,均压步骤明显地提高了这种新型结构PSA装置的氧纯度和氧回收率。这种装置的高径比小,循环时间短,可获得92%的氧产品。     

烟道气低浓度二氧化碳的变压吸附法富集研究

建立了3塔变压吸附分离装置,对烟道气中的低浓度二氧化碳(体积分数12%左右)的富集进行了实验研究,考察了吸附压力和吸附时间、置换压力和置换时间及解吸压力对产品气浓度和回收率的影响.结果表明:基于硅胶的PSA技术能够对炉窑尾气中的低浓度二氧化碳气体进行浓缩;吸附压力和吸附时间对变压吸附回收浓缩烟道气中低浓度的二氧化碳有着重要的影响,为了得到较高浓度的二氧化碳气体,吸附压力不能太低,不同的吸附压力下有着不同的最佳吸附时间;一定条件下提高置换气的流量和压力会提高二氧化碳气体的浓度,但是回收率会下降.     

碳分子筛空气吸附过程的数值模拟

采用Aspen adsorption对空气在碳分子筛上的吸附过程进行了数值模拟,得到了氧气的穿透曲线和氮气出口浓度随时间的变化,考察了吸附压力、原料气流速和原料气中氩气浓度对穿透曲线的影响。研究表明:氧气和氮气出口浓度的模拟值与试验值吻合良好,当压力从0.58 MPa增大到0.98 MPa时,氧气的穿透时间延长了55.6%;穿透时间随原料气流速增大迅速缩短,但变化幅度在流速大于0.004 mol/s后趋于平缓;当原料气中氧气浓度不变时,氩气浓度对氧气的穿透曲线影响甚微。     

吸附时间对VPSA分离CH_4/N_2效果的影响

利用三塔真空变压吸附装置,对低浓度原料气CH4/N2分离效果进行实验。研究了均压时间不同时的吸附时间对吸附分离效果的影响,并针对整个吸附装置、每个塔中CH4浓度与吸附时间的关系分别进行分析。实验表明,在一定条件下,吸附时间长短会影响每个塔反应釜内被浓度覆盖的区域变化,即在不被原料气穿透前提下,存在最佳吸附时间。通过分析吸附时间的作用,提高原料气VPSA分离CH4/N2的效果。     

π型向心径向流吸附器变质量流动特性研究

对径向流吸附器内变压吸附(PSA)制氧的变质量流动规律进行研究,有助于准确掌握吸附过程及床层内的变量因素对制氧性能的影响。对π型向心径向流吸附器建立气固耦合的两相吸附模型,并对其PSA制氧过程进行了数值模拟研究,得到了床层内氧气浓度分布、温度分布以及产品气浓度的变化规律。结果表明：首次循环结束时床层内氧气最高摩尔分数可达66.02%,回收率29.2%。非稳定循环期间,氧气摩尔分数从66.02%升高至 97.5%,回收率从29.2%提高至38.5%。循环达到稳定后,床层内氧气摩尔分数最高可达98.6%,回收率38.9%左右,且达到稳定状态后床层内气固两相温差减小,逐渐达到热平衡。获得了吸附器内部气体与吸附剂两相间的传质、传热过程,为π型向心径向流吸附器用于PSA制氧提供技术支持。     

分子筛对CH_4/空气混合气的变压吸附分离研究

为提高煤层气变压吸附浓缩效果,以一种商品分子筛为对象,研究了该分子筛在小型四塔变压吸附装置上的CH4/空气混合气浓缩分离效果,分析了吸附时间、吸附压力以及原料气浓度对混合气浓缩效果的影响。结果表明,吸附时间过长或吸附压力过高,均不利于获得较好的产品气浓度及回收率。吸附时间180 s,吸附压力300 k Pa时,试验商品分子筛对CH4/N2的浓缩分离效果最佳。其中,10%浓度原料气提浓至30.56%,提高约20%,产品气中CH4回收率达到94.45%,对原料气的处理量达到67.77 m3/(t·h);35%浓度原料气提浓至76.33%,提高约40%,产品气中CH4回收率达到69.68%,对原料气的处理量达到68.99 m3/(t·h);65%原料气提浓至89.18%,提高约25%,产品气中CH4回收率达到87.22%,对原料气的处理量达到83.36 m3/(t·h)。     

π型向心径向流吸附器变质量流动特性研究

对径向流吸附器内变压吸附(PSA)制氧的变质量流动规律进行研究,有助于准确掌握吸附过程及床层内的变量因素对制氧性能的影响。对π型向心径向流吸附器建立气固耦合的两相吸附模型,并对其PSA制氧过程进行了数值模拟研究,得到了床层内氧气浓度分布、温度分布以及产品气浓度的变化规律。结果表明:首次循环结束时床层内氧气最高摩尔分数可达66.02%,回收率29.2%。非稳定循环期间,氧气摩尔分数从66.02%升高至97.5%,回收率从29.2%提高至38.5%。循环达到稳定后,床层内氧气摩尔分数最高可达98.6%,回收率38.9%左右,且达到稳定状态后床层内气固两相温差减小,逐渐达到热平衡。获得了吸附器内部气体与吸附剂两相间的传质、传热过程,为π型向心径向流吸附器用于PSA制氧提供技术支持。     

时间参数对VPSA分离CH_4/N_2效果影响

为提升VPSA分离煤层气CH4/N2吸附效果和改善吸附剂再生程度,在传统三塔PSA装置基础上,利用时间继电器增加均压工艺,利用真空泵增加抽真空工艺,分别测试不同吸附时间、均压时间和抽真空时间对脱附气或尾气中CH4浓度的影响。