في مجال فصل وتنقية الغاز، مع تعزيز حماية البيئة، إلى جانب الطلب الحالي على الحياد الكربوني، وثاني أكسيد الكربون2لقد أصبح احتجاز الغازات الضارة وامتصاصها وتقليل انبعاثات الملوثات من القضايا الأكثر أهمية. في الوقت نفسه، إلى جانب التحول والارتقاء بصناعتنا التحويلية، يتوسع الطلب على الغاز عالي النقاء بشكل أكبر. وتشمل تقنيات فصل وتنقية الغاز التقطير في درجات حرارة منخفضة، والامتزاز، والانتشار. سوف نقدم عمليتي الامتزاز الأكثر شيوعًا والمماثلة، وهما الامتزاز المتأرجح بالضغط (PSA) والامتزاز بدرجة الحرارة المتغيرة (TSA).
يعتمد المبدأ الرئيسي لامتصاص تأرجح الضغط (PSA) على الاختلافات في خصائص الامتزاز لمكونات الغاز في المواد الصلبة وخصائص حجم الامتزاز الذي يتغير مع الضغط، وذلك باستخدام تحويل الضغط الدوري لإكمال فصل الغاز وتنقيته. كما يستفيد نظام الامتزاز بدرجة الحرارة المتغيرة (TSA) من الاختلافات في أداء الامتزاز لمكونات الغاز على المواد الصلبة، ولكن الفرق هو أن قدرة الامتزاز ستتأثر بتغيرات درجات الحرارة، واستخدام درجة الحرارة المتغيرة الدورية لتحقيق فصل الغاز وتنقية.
يستخدم الامتزاز المتأرجح بالضغط على نطاق واسع في احتجاز الكربون وإنتاج الهيدروجين والأكسجين وفصل ميثيل النيتروجين وفصل الهواء وإزالة أكاسيد النيتروجين وغيرها من المجالات. نظرًا لأنه يمكن تغيير الضغط بسرعة، فإن دورة امتصاص الضغط المتأرجح تكون قصيرة بشكل عام، والتي قد تكمل الدورة في بضع دقائق. ويستخدم امتصاص درجات الحرارة المتغيرة بشكل رئيسي في احتجاز الكربون، وتنقية المركبات العضوية المتطايرة، وتجفيف الغاز وغيرها من المجالات، ويقتصر على معدل نقل الحرارة للنظام، ووقت التسخين والتبريد طويل، وستكون دورة امتصاص درجات الحرارة المتغيرة طويلة نسبيًا، ويمكن أن تصل في بعض الأحيان إلى أكثر من ذلك. أكثر من عشر ساعات، لذا فإن كيفية تحقيق التسخين والتبريد السريع هي أيضًا أحد اتجاهات أبحاث الامتزاز بدرجات الحرارة المتغيرة. نظرًا للاختلاف في وقت دورة التشغيل، من أجل تطبيقها في العمليات المستمرة، غالبًا ما يتطلب PSA عدة أبراج متوازية، وتكون 4-8 أبراج أرقامًا متوازية شائعة (كلما كانت دورة التشغيل أقصر، زادت الأرقام المتوازية). بما أن فترة امتزاز درجات الحرارة المتغيرة تكون أطول، يتم استخدام عمودين بشكل عام لامتصاص درجات الحرارة المتغيرة.
الممتزات الأكثر استخدامًا لامتصاص درجات الحرارة المتغيرة وامتزاز تأرجح الضغط هي المنخل الجزيئي، والكربون المنشط، وهلام السيليكا، والألومينا، وما إلى ذلك، نظرًا لمساحة سطحها الكبيرة المحددة، فمن الضروري تحديد المادة الممتصة المناسبة وفقًا لاحتياجات نظام الفصل. يعد امتصاص الضغط وامتصاص الضغط الجوي من خصائص امتصاص الضغط المتأرجح. يمكن أن يصل ضغط امتصاص الضغط إلى عدة ميجا باسكال. درجة حرارة التشغيل لامتصاص درجة الحرارة المتغيرة تكون عمومًا قريبة من درجة حرارة الغرفة، وقد تصل درجة حرارة الامتزاز الحراري إلى أكثر من 150 درجة مئوية.
من أجل تحسين الكفاءة وتقليل استهلاك الطاقة، تم اشتقاق تقنيات الامتزاز المتأرجح بالضغط الفراغي (VPSA) وامتصاص تأرجح درجة الحرارة الفراغية (TVSA) من PSA وPSA. هذه العملية أكثر تعقيدًا ومكلفة، مما يجعلها مناسبة لمعالجة الغاز على نطاق واسع. الامتزاز المتأرجح الفراغي هو الامتزاز عند الضغط الجوي والامتزاز عن طريق ضخ الفراغ. وبالمثل، يمكن أن يؤدي استخدام المكنسة الكهربائية أثناء عملية الامتزاز أيضًا إلى تقليل درجة حرارة الامتزاز وتحسين كفاءة الامتزاز، مما سيؤدي إلى استخدام الحرارة المنخفضة الدرجة في عملية الامتزاز بدرجة حرارة متغيرة بالفراغ.
وقت النشر: 05 فبراير 2022
