Astudiaeth Ar Wella Cynllun Arsugniad Swing Pwysedd

Rhagymadrodd

Gyda datblygiad cyflym diwydiannu a threfoli, mae technoleg gwahanu a phuro nwy yn chwarae rhan bwysig mewn sawl maes. Mae arsugniad swing pwysau (PSA), fel technoleg gwahanu nwy effeithiol, wedi denu sylw eang oherwydd ei weithrediad syml, defnydd isel o ynni ac ystod eang o gymwysiadau11-2. Mae gan y broses PSA draddodiadol rai cyfyngiadau o hyd o ran effeithlonrwydd gwahanu a defnyddio ynni, sydd wedi ysgogi ymchwilwyr i chwilio'n barhaus am ddulliau gwella i wella ei berfformiad. Mae'r papur hwn yn cynnig dull gwell yn seiliedig ar dechnoleg PSA, gyda'r nod o wneud y gorau o'r broses PSA traddodiadol a gwella ei effeithlonrwydd cymhwyso ym maes gwahanu a phuro nwy. Trwy optimeiddio adsorbents, addasu paramedrau gweithredu a dylunio dyfeisiau arsugniad newydd, mae wedi ymrwymo i gyflawni effeithlonrwydd gwahanu uwch a defnydd is o ynni, a thrwy hynny hyrwyddo datblygiad pellach technoleg PSA.

 

 

 

 

1 Egwyddor a phroses draddodiadol o arsugniad swing pwysau
Mae arsugniad siglen pwysau (PSA) yn dechnoleg sy'n cyflawni gwahaniad nwy yn seiliedig ar nodweddion arsugniad detholus adsorbents ar foleciwlau nwy. Yr egwyddor sylfaenol yw defnyddio'r gwahaniaeth yng nghapasiti arsugniad yr arsugniad ar gyfer nwyon o wahanol gydrannau ar wahanol bwysau, a chyflawni'r broses arsugniad a dadsugniad nwy trwy addasu'r pwysau [13-4]. Yn y broses PSA, mae'r cymysgedd nwy fel arfer yn cael ei basio trwy wely adsorber wedi'i lenwi â adsorbent addas. Yn y cam pwysedd uchel, bydd y gydran darged yn y cymysgedd nwy yn cael ei arsugnu gan yr adsorbent, tra bydd y gydran nad yw'n darged yn mynd trwy'r gwely adsorbent ac yn cael ei ollwng o'r system ar ôl ei buro. Yn dilyn hynny, yn y cyfnod pwysedd isel, trwy leihau'r pwysau, bydd y gydran darged yn yr adsorbent yn cael ei dadsorbio a'i chasglu i gael nwy targed wedi'i buro.
Mae'r broses PSA traddodiadol fel arfer yn cynnwys y camau canlynol: arsugniad, rhyddhau pwysau, puro, ailgylchu a chynyddu pwysau.
1) Arsugniad: Yn y cyfnod pwysedd uchel, mae'r cymysgedd nwy yn mynd trwy'r gwely arsugnwr, mae'r gydran darged yn cael ei arsugniad yn ddetholus gan yr arsugniad, ac mae'r gydran nad yw'n darged yn mynd trwy'r gwely adsorbent.
2) Rhyddhau pwysau: Ar ôl y cam arsugniad, mae'r gydran darged yn dechrau dadsugniad trwy leihau pwysau'r gwely adsorber, a thrwy hynny gyflawni dadsugniad y gydran darged.
3) Puro: Mae'r gydran targed dadsorbed yn cael ei phrosesu ymhellach gan y ddyfais puro i gael nwy targed purdeb uchel.
4) Ailgylchrediad: Gellir ail-chwistrellu'r nwy targed wedi'i buro i'r system i roi cyfle i ail-arsugno.
5) Cynnydd pwysau: Trwy gynyddu pwysedd y gwely adsorber, caiff yr adsorbent ei adfer i gyflwr arsugniad uchel i baratoi ar gyfer y cylch nesaf.
Mae rhai problemau wrth gymhwyso'r broses PSA traddodiadol yn ymarferol, sy'n cyfyngu ar welliant pellach ei berfformiad a'i effeithlonrwydd. Yn gyntaf, mae gan y broses PSA traddodiadol amser beicio hir, gan arwain at gylch cynhyrchu hir a chynhwysedd cynhyrchu cyfyngedig. Mae'r amser arsugniad hir nid yn unig yn cynyddu defnydd ynni'r system, ond hefyd yn cyfyngu ar ei gymhwysiad ar raddfa fawr mewn cynhyrchu diwydiannol. Yn ail, mae problem amser anghytbwys yn y broses PSA traddodiadol15-6 ar gyfer pob cam gweithrediad. Bydd dyraniad amser afresymol gwahanol gamau yn arwain at effeithlonrwydd system isel a lleihau'r effaith gwahanu ac effeithlonrwydd puro. Yn ogystal, mae dyluniad y strwythur adsorber a'r dull cylchrediad yn y broses PSA traddodiadol hefyd yn cael effaith benodol ar berfformiad y system. Bydd y strwythur adsorber afresymol yn arwain at lif nwy gwael ac yn effeithio ar yr effaith gwahanu. Efallai y bydd gan y dull cylchrediad traddodiadol broblemau megis amrywiadau pwysau mawr a defnydd uchel o ynni.
I grynhoi, mae gan y broses PSA traddodiadol broblemau megis amser beicio hir, amser cam gweithredu anghytbwys, a strwythur adsorber afresymol a dyluniad modd beicio, sy'n cyfyngu ar ei effeithlonrwydd cymhwyso ym maes gwahanu a phuro nwy. Felly, mae'n angenrheidiol ac o arwyddocâd mawr i wella'r dechnoleg PSA.

 

 

 

 

2 Optimeiddio adsorbent
2.1 Dewis amsugnol a gwerthuso perfformiad
Mae adsorbent yn elfen hanfodol yn y system PSA, ac mae ei ddetholiad a'i berfformiad yn chwarae rhan allweddol yn effaith gwahanu a defnydd ynni'r system. O ran dewis adsorbent, mae angen ystyried ffactorau megis priodweddau ffisegol a chemegol y nwy targed, gallu arsugniad a detholusrwydd yr adsorbent. Mae arsugnyddion a ddefnyddir yn gyffredin yn cynnwys carbon wedi'i actifadu, rhidyllau moleciwlaidd, ac ati.
Er mwyn gwerthuso perfformiad yr adsorbent, gellir defnyddio dulliau megis arbrawf isotherm arsugniad ac arbrawf arsugniad deinamig. Gall yr arbrawf isotherm arsugniad fesur swm arsugniad gwahanol nwyon cydran gan yr arsugniad a chael y gromlin isotherm arsugniad. Gall yr arbrawf arsugniad deinamig efelychu perfformiad arsugniad yr arsugniad o dan amodau proses gwirioneddol, gan gynnwys dangosyddion megis cyfradd arsugniad a detholedd.
2.2 Technoleg addasu wyneb adsorbent
Mae addasu adsorbents arwyneb yn un o'r ffyrdd pwysig o wella eu perfformiad arsugniad. Trwy newid priodweddau cemegol a strwythur mandwll yr arwyneb adsorbent, gellir cynyddu ei arwynebedd, gellir addasu maint y mandwll, a gellir gwella'r gallu arsugniad a'r detholedd.
Mae technegau addasu arwyneb adsorbent a ddefnyddir yn gyffredin yn cynnwys trwytho, dyddodiad, cyfnewid ïon ac addasu cemegol [17-8]. Y dull trwytho yw trochi'r adsorbent mewn datrysiad penodol, a newid priodweddau wyneb yr adsorbent trwy adwaith cemegol neu arsugniad corfforol rhwng yr adsorbent a'r sylwedd yn yr hydoddiant. Y dull dyddodiad yw adneuo haen o sylweddau penodol, megis ocsidau metel neu gyfansoddion swyddogaethol organig, ar wyneb yr adsorbent i gynyddu gweithgaredd a detholusrwydd yr adsorbent. Mae'r dull cyfnewid ïon yn cyflwyno ïonau penodol ar wyneb yr adsorbent i newid yr eiddo tâl arwyneb, a thrwy hynny reoleiddio detholedd yr adsorbent. Addasu cemegol yw cyflwyno grwpiau swyddogaethol cemegol ar wyneb yr adsorbent i newid ei briodweddau cemegol a'i affinedd.
2.3 Dylunio a syntheseiddio arsugnyddion newydd
Yn ogystal â gwella perfformiad adsorbents traddodiadol, gellir gwella perfformiad systemau PSA hefyd trwy ddylunio a syntheseiddio adsorbents newydd. Gall adsorbents newydd fod yn ddeunyddiau arloesol yn seiliedig ar wahanol egwyddorion a deunyddiau. Er enghraifft, mae Fframweithiau Metel-Organig (MOFs) yn fath newydd o adsorbent gyda mandylledd uchel a strwythur addasadwy. Mae gan MOFs arwynebedd arwyneb enfawr a chyfaint mandwll, a all ddarparu mwy o safleoedd arsugniad, gwella gallu arsugniad a detholeddI9-101. Yn ogystal, mae nanomaterials megis nanotiwbiau carbon a graphene hefyd yn dangos gwerth cais posibl fel arsugnyddion. Mae dylunio a syntheseiddio adsorbents newydd yn gofyn am ystyriaeth gynhwysfawr o ffactorau megis perfformiad arsugniad, sefydlogrwydd, a chost paratoi. Gellir cael arsugnyddion newydd gyda pherfformiad arsugniad rhagorol trwy optimeiddio strwythurol, addasu swyddogaethol, a gwella prosesau paratoi.
Trwy optimeiddio detholiad a pherfformiad arsugnyddion, gan gynnwys dewis a gwerthuso perfformiad adsorbents, technoleg addasu arwyneb adsorbent, a dylunio a synthesis arsugnyddion newydd, gellir gwella effeithlonrwydd gwahanu ac effaith puro systemau PSA yn sylweddol, gan hyrwyddo datblygiad pellach o dechnoleg PSA. Bydd yr adran nesaf yn trafod effaith optimeiddio paramedrau gweithredu ar berfformiad systemau PSA.