Tööstuslikuks kasutamiseks mõeldud hapnikugeneraator Levinud adsorptsiooni regenereerimise protsess on rõhumuutuse adsorptsioon (PSA). PSA protsess muudab adsorptsiooni ja desorptsiooni saavutamiseks üldiselt rõhku adsorptsiooniprotsessi ajal. PSA põhiprotsess on adsorptsioon rõhu all ja desorptsioon madala rõhu või atmosfäärirõhu all. Vaakumsurve kõikumise adsorptsioon (VPSA) on rõhu kõikumise adsorptsiooniprotsess, mis adsorbeerub rõhu all ja desorbeerub madala rõhu all (vaakum). See on ka teatud tüüpi PSA protsess ja seda kasutatakse praegu laialdaselt hapniku tootmisel gaasi eraldamise valdkonnas.
Hapniku tootmise protsessi põhimõte rõhu kõikumisega adsorptsiooniga
Vastavalt gaasikomponentide eraldusmehhanismile rõhumuutuse adsorptsiooni abil saab adsorbendid jagada kineetilisteks selektiivseteks adsorbentideks ja tasakaalu selektiivseteks adsorbentideks. Esimene eraldatakse adsorbendi mikropoorides olevate adsorbaadi molekulide difusioonikiiruse erinevuse alusel, viimane aga adsorbendi poorides oleva adsorbaadi molekulide jõu suuruse järgi. Survekõikumisega adsorptsiooniga hapniku tootmiseks mõeldud adsorbent on tseoliidi molekulaarsõel. Hapniku tootmiseks kasutatav tseoliidi molekulaarsõel sisaldab peamiselt X-tüüpi tseoliidi (nagu LiX, NaX, CaX) molekulaarsõela ja A-tüüpi tseoliidi (nt CaA) molekulaarsõela.
Tseoliidi molekulaarsõel on poorne silikaatkristall, mille pooride suurus on molekuli suuruse suurusjärgus. See on polaarne ja kuulub tasakaalustatud selektiivse adsorbendi hulka. See koosneb peamiselt ioonaukudest ja laetud räni-alumiinium skelettidest. Katioonide peamine roll tseoliidi molekulaarsõelades on täiendada molekulaarsõela skeleti moodustavate alumiiniumoksiidi tetraeedrite positiivse laengu puudumist. Katiooni jagab teine alumiiniumoksiidi või ränioksiidi tetraeeder, mis laiendab võre kolmemõõtmelist ruumi, moodustades kolmemõõtmelise puuri struktuuri. Võres olevatel katioonidel on lokaalsete tugevate positiivsete võrepunktide mõju, mis tõmbavad elektrostaatiliselt ligi polaarseid molekule. Mittepolaarsed hapniku- ja lämmastikumolekulid tekitavad polarisatsioonil dipoolmomente ja toodetud indutseeritud dipoolidel on adsorptsiooniefekt adsorbendi omaste dipoolidega. Isotermilistes tingimustes on lämmastiku induktsioonijõud suurem kui hapniku oma. Tseoliidi molekulaarsõela abil on lämmastiku adsorptsioonivõime suurem kui hapnikul. Kui hapnik ja lämmastik läbivad tseoliidi molekulaarsõela kihti samal ajal, adsorbeeruvad peamiselt lämmastiku molekulid ja hapniku molekulid vähem. Seega eraldatakse hapnik ja lämmastik ning adsorbeerimata hapnik rikastatakse ja väljutatakse hapnikuproduktina.
X-tüüpi tseoliidi molekulaarsõel kuulub isomeetrilisse kristallisüsteemi ja sellel on kuup-oktaeedriline tseoliidi struktuur (FAU). Selle räni-hapniku karkass ja alumiinium-hapnik skeleti struktuur on samad, mis looduslikul faujasiittseoliidil[28]. X-tüüpi tseoliidi molekulaarsõela FAU karkasstruktuur sisaldab kahte kolmemõõtmelist õõnsusstruktuuri. Suure õõnsuse struktuur on umbes 13Å pooride läbimõõduga superpuurid ja väikese õõnsuse struktuur on puurid (sodaliit või puurid), mille pooride läbimõõt on umbes 8Å.
Üldiselt jagatakse faujasiitstruktuuriga (FAU) sünteetilised molekulaarsõelad Y-tüüpi molekulaarsõeladeks (n(SiO2)/n(Al2O3)＞3.0) ja X-tüüpi molekulaarsõeladeks (2.{{8) }} Väiksem või võrdne n(SiO2)/n(Al2O3) Väiksem või võrdne 3.0) vastavalt erinevatele raamistikele räni-alumiiniumi molaarsuhetele [n(SiO2)/n(Al2O3)] . Madala räni ja alumiiniumi suhtega X (LSX) tüüpi molekulaarsõelte raamistiku räni-alumiiniumi molaarsuhe on vahemikus 2.0-2.2. Räni-alumiiniumi madala suhte tõttu on sellel rohkem negatiivseid laenguid, nii et selle katioonivahetusvõime on suur, laengutihedus on kõrge ja adsorptsioonivõime on tugev; samal ajal on sellel FAU topoloogiline struktuur ning X-tüüpi tseoliidi molekulaarsõela enda pooride maht ja pooride suurus on suur ning sellel on suur adsorptsioonivõime. Seetõttu on LSX-tüüpi molekulaarsõeltel suurepärane adsorptsioonivõime [30]. Liitiumioon (Li+) on väikseima raadiusega metalliioon, millel on väga kõrge laengutihedus ja kõrge polariseeritavus.
Pärast seda, kui 13X (NaX) molekulaarsõela on modifitseeritud Li + vahetusega, et saada suure vahetusega Li-LSX molekulaarsõel, paraneb lämmastiku-hapniku eralduskoefitsient ja lämmastiku adsorptsioonivõime ning selektiivse adsorptsiooni jõudlus on parem. Seetõttu on Li-LSX molekulaarsõel muutunud parimaks adsorbendiks, mida praegu tunnustatakse rõhumuutuse adsorptsiooniga hapniku tootmisel, ja see on ka tegelikus tööstuslikus tootmises kõige laialdasemalt kasutatav adsorbent.
Kuum tags: hapnikugeneraator tööstuslikuks kasutamiseks, Hiina hapnikugeneraator tööstuslikuks kasutamiseks tootjatele, tarnijatele
