Na področju ločevanja in čiščenja plinov, s krepitvijo varstva okolja, skupaj s trenutno zahtevo po ogljični nevtralnosti, CO2zajemanje, absorpcija škodljivih plinov in zmanjševanje emisij onesnaževal postajajo vse bolj pomembna vprašanja. Hkrati s preoblikovanjem in nadgradnjo naše predelovalne industrije povpraševanje po plinu visoke čistosti še narašča. Tehnologije ločevanja in čiščenja plinov vključujejo nizkotemperaturno destilacijo, adsorpcijo in difuzijo. Predstavili bomo dva najpogostejša in podobna procesa adsorpcije, in sicer adsorpcijo z nihanjem tlaka (PSA) in adsorpcijo s spremenljivo temperaturo (TSA).
Glavno načelo adsorpcije z nihanjem tlaka (PSA) temelji na razlikah v adsorpcijskih značilnostih plinskih komponent v trdnih materialih in značilnostih sprememb adsorpcijskega volumna s tlakom, z uporabo periodične transformacije tlaka za dokončanje ločevanja in čiščenja plina. Adsorpcija s spremenljivo temperaturo (TSA) prav tako izkorišča razlike v adsorpcijski učinkovitosti plinskih komponent na trdnih materialih, vendar je razlika v tem, da bodo na adsorpcijsko zmogljivost vplivale temperaturne spremembe in uporaba periodične spremenljive temperature za doseganje ločevanja plinov in čiščenje.
Adsorpcija z nihanjem tlaka se pogosto uporablja pri zajemanju ogljika, proizvodnji vodika in kisika, ločevanju dušikovega metila, ločevanju zraka, odstranjevanju NOx in na drugih področjih. Ker je mogoče tlak hitro spremeniti, je cikel adsorpcije z nihanjem tlaka na splošno kratek, kar lahko zaključi cikel v nekaj minutah. In adsorpcija s spremenljivo temperaturo se uporablja predvsem pri zajemanju ogljika, čiščenju HOS, sušenju plina in na drugih področjih, omejena s hitrostjo prenosa toplote sistema, čas ogrevanja in hlajenja je dolg, cikel adsorpcije s spremenljivo temperaturo bo relativno dolg, včasih lahko doseže več več kot deset ur, zato je tudi ena od smeri raziskovanja adsorpcije s spremenljivo temperaturo, kako doseči hitro segrevanje in ohlajanje. Zaradi razlike v času delovnega cikla PSA za uporabo v neprekinjenih procesih pogosto zahteva več vzporednih stolpov, 4–8 stolpov pa je običajnih vzporednih števil (krajši kot je delovni cikel, več je vzporednih števil). Ker je obdobje adsorpcije s spremenljivo temperaturo daljše, se za adsorpcijo s spremenljivo temperaturo običajno uporabljata dve koloni.
Najpogosteje uporabljeni adsorbenti za adsorpcijo s spremenljivo temperaturo in adsorpcijo z nihanjem tlaka so molekularna sita, aktivno oglje, silikagel, aluminijev oksid itd., zaradi velike specifične površine je treba izbrati ustrezen adsorbent glede na potrebe sistem ločevanja. Adsorpcija pod tlakom in desorpcija pri atmosferskem tlaku sta značilnosti adsorpcije z nihanjem tlaka. Tlak adsorpcije pod tlakom lahko doseže več MPa. Delovna temperatura adsorpcije s spremenljivo temperaturo je na splošno blizu sobne temperature, temperatura ogrevalne desorpcije pa lahko doseže več kot 150 ℃.
Da bi izboljšali učinkovitost in zmanjšali porabo energije, iz PSA in PSA izhajata tehnologiji vakuumske nihajne adsorpcije (VPSA) in vakuumske nihajne adsorpcije (TVSA). Ta postopek je bolj zapleten in dražji, zaradi česar je primeren za predelavo plina v velikem obsegu. Vakuumska nihajna adsorpcija je adsorpcija pri atmosferskem tlaku in desorpcija s črpanjem vakuuma. Podobno lahko vakuumiranje med postopkom desorpcije tudi zniža temperaturo desorpcije in izboljša učinkovitost desorpcije, kar bo pripomoglo k uporabi toplote nizke stopnje v procesu vakuumske adsorpcije s spremenljivo temperaturo.
Čas objave: 5. februarja 2022
