Ces dernières années, avec le développement de la technologie de développement et de traitement et l'expansion continue des domaines d'application du gaz, en particulier l'amélioration continue des exigences de qualité et de quantité d'oxygène, d'azote et d'azote, de nombreuses entreprises ont augmenté leurs investissements dans la recherche et l'application technologiques. augmentant considérablement la proportion de production de gaz sur le marché du gaz et devenant une autre technologie puissante de séparation de l'air après la séparation cryogénique de l'air. Bien que la technologie de production d’oxygène ait une histoire de plusieurs années, elle doit encore être développée car elle a ouvert une nouvelle voie dans le domaine de la production d’oxygène et est unique. Tirer parti des nouvelles réalisations de la science de pointe contemporaine, explorer le mécanisme du processus de séparation par adsorption et concevoir et optimiser soigneusement les paramètres seront l'orientation et l'objectif du développement de cette technologie.
Concept de séparation par adsorption
Le processus de séparation par adsorption comprend deux étapes : l’adsorption et la désorption du fluide. Dès 1990, … a avancé le concept d'« adsorption », et l'adsorption modulée en pression appartient à l'adsorption physique. L'adsorption physique est un phénomène de surface. Dans la région biphasique, le fluide et le solide poreux sont combinés l'un avec l'autre. Il existe une force intermoléculaire entre les deux phases, qui provoque l’accumulation et la concentration des molécules fluides à la surface du solide poreux. Pour les fluides à plusieurs composants, il existe des différences dans les forces entre chaque composant et le solide poreux, ce qui entraîne une adsorption sélective. Dans certaines conditions, les composants adsorbés à la surface de la phase solide quittent l'interface et retournent à la phase fluide. Ce processus est le processus inverse de l'adsorption, appelé désorption ou désorption.
Grâce à l'adsorption et à la désorption, la séparation des composants et la régénération de la phase solide sont obtenues, réalisant ainsi la séparation et la purification des fluides mélangés. Le matériau poreux en phase solide est appelé adsorbant et le fluide adsorbé est appelé adsorbant. Lorsque le fluide est adsorbé, la distance entre les molécules est réduite, l'énergie cinétique moléculaire est réduite et de la chaleur est libérée. Au contraire, lors de la désorption, l'énergie cinétique moléculaire augmente et une absorption de chaleur est nécessaire pour éliminer les molécules adsorbées à la surface.
Principe de production d'oxygène par adsorption modulée en pression
La séparation par adsorption du gaz mélangé est complétée par une pressurisation, et les composants du gaz adsorbés sont désorbés dans des conditions de pression réduite pour obtenir une séparation entre les composants du gaz mélangé et la régénération de l'adsorbant. Isotherme d'équilibre d'adsorption des composants fluides, lorsque la température est constante, la quantité d'adsorption du gaz mélangé sur l'adsorbant augmente avec l'augmentation de la pression partielle du composant ;
En supposant que la température dans le récipient d'adsorption reste constante pendant l'adsorption et la désorption, en modifiant la pression partielle du composant fluide, la quantité d'adsorption du fluide sur l'adsorbant en phase solide changera le long de l'isotherme d'adsorption, le point de travail se situe entre les points , et la différence entre les quantités d'adsorption des deux points est la quantité de séparation des composants du cycle d'adsorption isotherme à pression modulée. Cependant, dans le processus réel de séparation par adsorption modulée en pression, le processus d'adsorption libère de la chaleur et le processus de désorption absorbe de la chaleur. La température du lit d'adsorption changera, affectant l'apparition du processus d'adsorption. Au fur et à mesure que l'adsorption se déroule, le processus d'adsorption modulée en pression réel se déroulera entre les deux points et la quantité réelle de séparation des composants d'adsorption modulée en pression.
L'augmentation de la différence dans la quantité d'adsorption des composants gazeux sur l'adsorbant pendant les processus d'adsorption et de désorption contribuera à améliorer l'effet de séparation. En plus d'avoir une grande différence de sélectivité pour chaque composant, l'adsorbant sélectionné doit également avoir un changement significatif dans la pente de l'isotherme d'adsorption, et le changement de pression doit être augmenté autant que possible pour augmenter la valeur de changement de l'adsorption du composant. montant. La production d’oxygène utilise l’air comme gaz brut et des tamis moléculaires zéolitiques comme adsorbants en phase solide. Le mécanisme de séparation appartient au type de séparation à l'équilibre, c'est-à-dire que la différence de force intermoléculaire entre les molécules d'azote et d'oxygène dans l'air dans les pores du tamis moléculaire est pleinement utilisée pour réaliser la production d'oxygène par séparation de l'air.
Le moment dipolaire de la molécule d'azote est , le moment dipolaire de la molécule d'oxygène est , et la polarisabilité de l'azote est plus grande, de sorte que l'interaction entre l'azote et les cations et les surfaces polaires de la zéolite est plus forte que celle entre l'azote et l'oxygène. Par conséquent, les tamis moléculaires zéolitiques peuvent adsorber sélectivement l’azote. En utilisant la propriété des tamis moléculaires zéolitiques d'adsorber préférentiellement l'azote à moyenne et basse pression, l'objectif de séparation de l'azote et de l'oxygène dans l'air est atteint grâce à un traitement d'augmentation de pression, puis la pression est réduite pour désorber l'azote adsorbé dans la phase solide. tamis moléculaires, afin que les tamis moléculaires en phase solide puissent être recyclés.
