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變壓吸附技術(shù)的模擬、優(yōu)化與控制研究進(jìn)展

更新時(shí)間:2018-04-21      點(diǎn)擊次數(shù):3437

變壓吸附技術(shù)的模擬、優(yōu)化與控制研究進(jìn)展


前 言
變壓吸附(pressure swing adsorption, PSA)因裝置操作靈活、自動(dòng)化程度高、過程能耗低等優(yōu)點(diǎn)[1],自*套工業(yè)裝置問世以來得到了快速發(fā)展,廣泛應(yīng)用于氣體干燥、二氧化碳捕集、空分制氧、制氮、氫氣提純、沼氣升級(jí)、乙醇脫水、煤層氣富甲烷化等領(lǐng)域[2~11],尤其在世界能源危機(jī)日益嚴(yán)重、環(huán)境問題日益突出的背景下,已逐漸成為現(xiàn)代工業(yè)中較為重要的氣體分離及凈化方法[12]。變壓吸附工藝的原理是利用吸附質(zhì)在吸附劑上的親和性、擴(kuò)散系數(shù)等吸附特性的差異,通過周期性地壓力變換實(shí)現(xiàn)氣體的分離或提純[13],包括吸附、逆放、順放、抽真空、沖洗、均壓、置換、升壓等步驟。變壓吸附按其工藝的不同,主要分為傳統(tǒng)變壓吸附(PSA),真空變壓吸附(VPSA)和快速變壓吸附(RPSA)三種循環(huán);按其回流沖洗所用氣體種類的不同,可分為分離型變壓吸附(Stripping PSA)、富集型變壓吸附(Enriching PSA)和雙回流變壓吸附(Duplex PSA),其中Duplex PSA 具有Stripping PSA 和Enriching PSA 兩者的優(yōu)點(diǎn),能夠同時(shí)得到較高純度的輕重組分產(chǎn)品,研究人員對(duì)該過程進(jìn)行了積極探索[14~23]。
與傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分離方法(如精餾,吸收等)相比,變壓吸附是周期性動(dòng)態(tài)分離過程,工藝參數(shù)間的耦合性強(qiáng),數(shù)學(xué)模型較為復(fù)雜,單純依靠經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)確定工藝流程參數(shù),難以達(dá)到*工況[24]。通過數(shù)值模擬軟件對(duì)變壓吸附過程進(jìn)行仿真設(shè)計(jì),不僅節(jié)約人力與物力,還能深入探究工藝細(xì)節(jié),雖仍存在一些問題亟待解決,但理論的發(fā)展可使吸附分離技術(shù)進(jìn)入過去難以想象的領(lǐng)域[25]。目前,用于變壓吸附工藝過程數(shù)值模擬的軟件主要有Aspen Adsorption,gPROMS,MATLAB,F(xiàn)LUENT,Materials Studio 等。
Aspen Adsorption 是AspenTech 公司專為吸附分離過程開發(fā)的模擬軟件,它具有相當(dāng)完備的物性數(shù)據(jù)庫和吸附模塊模型庫,能夠?qū)崿F(xiàn)大部分氣體、液體混合體系吸附分離過程的數(shù)值模擬[26],可以有效地降低實(shí)驗(yàn)成本,縮短工藝設(shè)計(jì)周期,更好地用理論指導(dǎo)實(shí)踐。gPROMS 是由帝國理工學(xué)院PSE 研究中心開發(fā)的一款開放式編程軟件,具有化工過程建模、仿真、優(yōu)化和控制等功能[27]。與Aspen Adsorption 的封裝模型相比,gPROMS 建??蚣芨鼮殚_放,用戶可根據(jù)需要自行編寫過程機(jī)理與數(shù)學(xué)模型方程,其內(nèi)嵌的建模語言簡(jiǎn)單易用,被廣泛用于實(shí)驗(yàn)室尺度及工廠規(guī)模的模擬仿真。Aspen 與gPROMS 對(duì)于變壓吸附分離過程數(shù)值模擬仿真較為實(shí)用,而關(guān)于過程的優(yōu)化與控制方面的應(yīng)用較少,這是因?yàn)閮?nèi)嵌的算法有時(shí)無法滿足需求,因此,具有強(qiáng)大計(jì)算功能的MATLAB 多被應(yīng)用于變壓吸附過程模擬。MATLAB 是Mathworks 公司于1984 年推出的數(shù)值計(jì)算軟件,它需要用戶自己編程,其強(qiáng)大的求解器、優(yōu)化和控制工具箱與Aspen、gPROMS 等軟件耦合使用可以更好地實(shí)現(xiàn)變壓吸附流程模擬、優(yōu)化與控制的仿真研究。
FLUENT 是計(jì)算流體力學(xué)軟件(computational fluid dynamics,CFD)的一種,對(duì)于較為大型、內(nèi)部狀況較為復(fù)雜的吸附裝置,研究者利用其可以了解塔內(nèi)氣固兩相的傳質(zhì)、傳熱及氣體流動(dòng)分布規(guī)律,從而對(duì)工藝裝置進(jìn)行流場(chǎng)分析、計(jì)算和預(yù)測(cè)[28],實(shí)現(xiàn)吸附塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外,21 世紀(jì)化學(xué)工程的一個(gè)重要研究方向是從分子水平對(duì)化工產(chǎn)品及生產(chǎn)過程進(jìn)行開發(fā)和設(shè)計(jì)[29],分子模擬技術(shù)(Molecular Simulation)是通過建立分子結(jié)構(gòu)與材料結(jié)構(gòu)及性能之間的定性和定量關(guān)系,為復(fù)雜材料的合成、加工和應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[30]。分子模擬不是實(shí)驗(yàn)方法也不是理論方法,它是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,通過基本原理構(gòu)筑起一套模型與算法,從而計(jì)算出合理的分子結(jié)構(gòu)與分子行為[31]。變壓吸附工藝開發(fā)與設(shè)計(jì)的核心之一在于吸附劑的選擇,基于分子模擬技術(shù),研究人員可通過理論計(jì)算開發(fā)具有一定特性的吸附劑或?qū)ξ絼┑男阅苓M(jìn)行評(píng)價(jià),降低吸附劑研發(fā)成本。Materials Studio 是Accelrys 專為材料科學(xué)領(lǐng)域開發(fā)的材料計(jì)算軟件,多種先進(jìn)算法的綜合應(yīng)用使Materials Studio 成為一個(gè)強(qiáng)有力的模擬工具,可用于構(gòu)型優(yōu)化、性質(zhì)預(yù)測(cè)和X 射線衍射分析及復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)模擬和量子力學(xué)計(jì)算。
本文簡(jiǎn)述變壓吸附流程數(shù)學(xué)模型的發(fā)展現(xiàn)狀,概述變壓吸附工藝優(yōu)化的研究進(jìn)展,闡述變壓吸附工藝存在外界擾動(dòng)和參數(shù)波動(dòng)時(shí),引入控制的必要性,并列舉了國內(nèi)外關(guān)于變壓吸附流程在控制技術(shù)和理論的研究工作,認(rèn)為裝置規(guī)模的大型化及應(yīng)用領(lǐng)域的拓展是變壓吸附工藝發(fā)展的必然趨勢(shì)。
變壓吸附流程的數(shù)學(xué)模型與求解
機(jī)理模型與數(shù)學(xué)模型的選擇和建立是變壓吸附工藝模擬研究工作的基礎(chǔ),決定了模擬的合理性與可靠性。Turnock 于1968 年發(fā)表了關(guān)于PSA 分離過程的數(shù)學(xué)模型理論研究,在此之前,PSA 分離過程的數(shù)值計(jì)算都是基于較簡(jiǎn)化的物理模型。1985 年,Yang 等[32]提出了較為完整的變壓吸附分離過程的數(shù)學(xué)模型,奠定了變壓吸附數(shù)值模擬研究工作的基礎(chǔ)。之后,國內(nèi)外研究人員一直在總結(jié)和探討變壓吸附流程的數(shù)學(xué)模型,如Shafeeyan 等[33]綜述了三十年來變壓吸附捕集煙道氣中CO2 吸附床數(shù)學(xué)模型的發(fā)展,著重分析了吸附劑顆粒內(nèi)氣固相傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型。Ko[34]為準(zhǔn)確描述氣相流速對(duì)吸附床層內(nèi)組分壓力、濃度與溫度分布的影響,基于摩爾質(zhì)量守恒提出了新型氣相流速計(jì)算模型,且將該模型用于煤層氣脫除CO2的數(shù)值仿真,小試與中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性與可靠性。Bhatt 等[20]基于Aspen Adsorption 構(gòu)建了雙回流變壓吸附數(shù)學(xué)模型,實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性,且該模型被Eric 等[22]用于雙回流變壓吸附回收低濃度CH4 過程的設(shè)計(jì)。Zheng 等[35]對(duì)于水滑石類吸附劑高溫反應(yīng)吸附分離CO2/H2,構(gòu)建了耦合質(zhì)量、動(dòng)量、熱量守恒方程及與Elovich 方程相關(guān)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程,以指導(dǎo)高溫反應(yīng)PSA
過程參數(shù)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。Luberti 等[36]就吸附塔內(nèi)動(dòng)能在時(shí)間與空間域的變化,建立了吸附床內(nèi)更為嚴(yán)格的動(dòng)量與能量守恒方程,研究結(jié)果還表明該模型更適用于快速變壓吸附分離過程的仿真。
變壓吸附的模型包括吸附床模型,緩沖罐、閥、泵、管路等輔助模塊的模型,嚴(yán)格的吸附床模型包括質(zhì)量傳遞模型、動(dòng)量傳遞模型、熱量傳遞模型,吸附動(dòng)力學(xué)模型以及吸附平衡模型,數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜程度與建模時(shí)所考慮的空間維數(shù)密切相關(guān),分為一維數(shù)學(xué)模型、二維數(shù)學(xué)模型和三維數(shù)學(xué)模型,復(fù)雜程度成指數(shù)性遞增,以此為基礎(chǔ)建立的氣固兩相的質(zhì)量、動(dòng)量和熱量守恒方程,吸附平衡方程,吸附動(dòng)力學(xué)方程,構(gòu)成了含有多變量的線性方程、常微分方程或偏微分方程的方程組。其中,構(gòu)成變壓吸附分離過程的偏微分方程組難以獲取解析解,主要通過仿真計(jì)算得到數(shù)值解,數(shù)值求解過程涉及到偏微分方程組的離散形式和離散方法的選擇。偏微分方程組的離散形式有部分離散與全離散兩種形式,部分離散指對(duì)偏微分方程組僅在空間上進(jìn)行離散,將偏微分方程組轉(zhuǎn)化為微分代數(shù)方程組;全離散則指對(duì)偏微分方程組在空間與時(shí)間上同時(shí)進(jìn)行離散,將偏微分方程組轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組。偏微分方程組的離散方法主要有有限差分法,有限體積法,有限元法等。美國卡耐基梅隆大學(xué)的Biegler 等[37]人比較了有限體積法、有限差分法和有限元法對(duì)于變壓吸附模擬求解結(jié)果精度的影響,有限體積法更適合用于模擬真空變壓吸附工藝,有限元法適用于二維或三維的流體力學(xué)模擬,有限差分法在求解的精度上并不亞于有限體積法,但其收斂更為迅速。國內(nèi)外研究者根據(jù)上述離散方法的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)與應(yīng)用[38~47]。
變壓吸附流程的優(yōu)化
調(diào)節(jié)變壓吸附工藝參數(shù)值,可以實(shí)現(xiàn)變壓吸附流程的優(yōu)化,如改變吸附和解吸壓力、各步驟運(yùn)行時(shí)間、吹掃和置換量、進(jìn)出口流量或吸附塔高徑比等提高目標(biāo)產(chǎn)物的純度和回收率、提高吸附劑的單位產(chǎn)量或降低過程的單位能耗等。但變壓吸附操作參數(shù)較多變量之間具有耦合關(guān)系,利用經(jīng)驗(yàn)或者實(shí)驗(yàn)使變壓吸附工藝達(dá)到*工況難度較大,因此數(shù)值模擬對(duì)于變壓吸附工藝的優(yōu)化具有重要意義。
研究人員通過建立變壓吸附過程的通用型優(yōu)化框架對(duì)工藝進(jìn)行數(shù)值模擬和優(yōu)化,該框架具體可分為:離散與求解模型偏微分方程組、求解工藝設(shè)計(jì)參數(shù)靈敏度、定義循環(huán)穩(wěn)態(tài)、確定*化方法。靈敏度分析實(shí)際上就是通過求取方程組中的∂y/∂值,即工藝指標(biāo)對(duì)操作變量的偏導(dǎo)數(shù),得到操作變量的變化對(duì)工藝指標(biāo)的影響,從而選取優(yōu)化變量[48]。循環(huán)穩(wěn)態(tài)是反映變壓吸附流程的有效狀態(tài),數(shù)值優(yōu)化變壓吸附工藝時(shí),優(yōu)化結(jié)果只有出現(xiàn)在循環(huán)穩(wěn)態(tài)或近似循環(huán)穩(wěn)態(tài)條件下才有實(shí)際意義。因此,數(shù)值優(yōu)化變壓吸附流程需要對(duì)變壓吸附的循環(huán)穩(wěn)態(tài)進(jìn)行定義。目前,國內(nèi)外文獻(xiàn)研究報(bào)道的循環(huán)穩(wěn)態(tài)定義方法主要有循環(huán)迭代法、直接決定法、全離散法和單塔結(jié)構(gòu)法。銀醇彪等[49]對(duì)這幾種方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,并分析了各自的特點(diǎn)。直接決定法、全離散法和單塔結(jié)構(gòu)法,相對(duì)于傳統(tǒng)的循環(huán)迭代法都屬于加速循環(huán)穩(wěn)態(tài)運(yùn)算的方法,因而一定程度上克服了循環(huán)迭代法計(jì)算量大、運(yùn)算周期長的缺點(diǎn),循環(huán)迭代法相比這三種改進(jìn)方法具有更好的運(yùn)算穩(wěn)定性、收斂性。*化方法,它是變壓吸附工藝優(yōu)化時(shí)zui重要的因素,變壓吸附屬于周期性循環(huán)動(dòng)態(tài)分離過程,其數(shù)學(xué)模型是關(guān)于時(shí)間、空間的非線性偏微分方程組,且邊界條件隨步驟變化不斷改變,故優(yōu)化變壓吸附工藝系統(tǒng)需要采用較為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法。
張東輝等[50~54]基于靈敏度分析與r-SQP 優(yōu)化算法,構(gòu)建了變壓吸附分離過程優(yōu)化框架,對(duì)N2/CH4,CH4/CO2 以及N2/CO2 等混合氣體體系的變壓吸附分離過程進(jìn)行優(yōu)化。如Yang 等[50]以能耗zui小化為目標(biāo),對(duì)三塔七步變壓吸附分離N2/CH4 工藝操作參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化后CH4 的純度為80%,回收率為97%,能耗為0.186 kWh⋅Nm−3。Sun 等[51]在CH4 純度不低于80%,以閥門開度、進(jìn)料流量作為決策變量進(jìn)行優(yōu)化,之后孫偉娜等[52]針對(duì)兩塔分離N2/CH4 變壓吸附工藝,CH4 純度穩(wěn)定在75% 時(shí),優(yōu)化目標(biāo)為回收率從zui初的80% 提升到97%,整個(gè)靈敏度分析和優(yōu)化框架通用于更加復(fù)雜的真空變壓吸附工藝和其他混合體系的分離。Yin 等[53]對(duì)三塔十二步真空變壓吸附沼氣升級(jí)工藝進(jìn)行了數(shù)值優(yōu)化,優(yōu)化目標(biāo)為CH4 的回收率、產(chǎn)率和單位能耗,在*工況下,CH4 純度為98.00%,回收率為93.23%,產(chǎn)率為0.1331Nm3⋅kg−1⋅h−1,能耗為0.3697 kWh⋅( kgCH4) −1。研究了真空變壓吸附捕集CO2 過程的數(shù)值優(yōu)化,在*條件下,能耗從623.64 降至419.99 kWh⋅t−1。此外,Kim 等[55]對(duì)雙回流變壓吸附分離CH4/CO2 工藝進(jìn)行優(yōu)化,CH4 純度固定為97%,將吸附步驟中的進(jìn)料速度和步驟時(shí)長作為決策變量,CO2 純度從41.4%提高到了76.3%,CH4 回收率從78.5% 上升到95.4%。Ko 等[56]以床長、進(jìn)料壓力、吹掃壓力、氣體速度和操作步驟時(shí)間為決策變量,通過優(yōu)化zui大限度地提高N2 和CO2 的純度。
變壓吸附分離過程設(shè)計(jì)與操作過程中,存在產(chǎn)品純度與收率,產(chǎn)率與能耗的權(quán)衡關(guān)系,基于多目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化,通常能夠達(dá)到*操作工況。為此,F(xiàn)arooq 課題組基于遺傳算法,針對(duì)真空變壓吸附捕集CO2 過程實(shí)施了一系列多目標(biāo)優(yōu)化研究。如,Nalaparaju 等[57]利用遺傳算法對(duì)變壓吸附捕集CO2 流程進(jìn)行了數(shù)值優(yōu)化,在純度95% 和回收率90% 下,實(shí)現(xiàn)降低能耗的優(yōu)化目標(biāo)。采用多目標(biāo)數(shù)值優(yōu)化變壓吸附捕集CO2,得到了產(chǎn)品氣純度、回收率、單位能耗和產(chǎn)率的帕累托解。之后,在確保CO2 純度和回收率為90% 的前提下,得到分子篩13X,性能優(yōu)于CMS (carbonmolecular sieves),過程低能耗131 kWh⋅t−1,CO2 zui大產(chǎn)率0.22 mol⋅m−3⋅s−1。此外,采用多目標(biāo)優(yōu)化方法對(duì)兩塔六步變壓吸附捕集CO2 流程進(jìn)行了數(shù)值優(yōu)化,同時(shí)得到了較高的純度與回收率。
變壓吸附流程的控制
事實(shí)上,變壓吸附工藝具有高度的非線性和動(dòng)態(tài)特性,且變量之間具有高度耦合性[61],生產(chǎn)條件的改變會(huì)對(duì)整個(gè)工藝表現(xiàn)有較大的影響。而在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中,不可避免地存在一些不確定因素對(duì)其造成擾動(dòng),這極可能使得恢復(fù)擾動(dòng)帶來的偏差所用時(shí)間較長或者工藝參數(shù)值如進(jìn)料流量,濃度及溫度等偏離操作要求,造成整個(gè)工藝結(jié)果的不理想化。因此,這就需要開發(fā)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)將影響降到zui低,從而實(shí)現(xiàn)安全和穩(wěn)定操作。國內(nèi)外研究者對(duì)化工單元操作的控制系統(tǒng)進(jìn)行了積極探索,如Sen 等[62]設(shè)計(jì)了一個(gè)的集成控制系統(tǒng),用于藥物活性成分的連續(xù)生產(chǎn)過程,其中包括過濾、結(jié)晶和干燥等單元操作。
在過去,PSA 工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)表的研究文獻(xiàn)較少,為變壓吸附工藝設(shè)計(jì)有效的控制器仍然是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的工作,其中,PID 控制(比例-積分-微分)和MPC(模型預(yù)測(cè)控制)是研究人員積極探索的控制手段。
PID 控制是比例(Proportion)、積分(Integral)和微分(Derivative)組成的綜合控制,它是自動(dòng)控制中產(chǎn)生zui早、應(yīng)用zui廣的一種控制方法,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、調(diào)參方便等優(yōu)點(diǎn)。比例控制是將輸出與輸入誤差信號(hào)成簡(jiǎn)單的比例關(guān)系,但僅有比例控制時(shí),系統(tǒng)輸出會(huì)存在穩(wěn)態(tài)誤差;積分控制是將輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系,它可以使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小直至零;在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系,即誤差接近零時(shí),抑制誤差的作用也應(yīng)該是零。
概括來說,PID 控制是以比例控制為基礎(chǔ),使用積分控制模塊消除穩(wěn)態(tài)誤差,但可能增加超調(diào),微分控制模塊加快慣性系統(tǒng)響應(yīng)速度以及減弱超調(diào)趨勢(shì)。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)不能*被掌握,或得不到的數(shù)學(xué)模型時(shí),適合選用PID 控制技術(shù)。
20 世紀(jì)80 年代初,Richaler 等人在系統(tǒng)脈沖響應(yīng)的基礎(chǔ)上,提出了模型預(yù)測(cè)啟發(fā)控制(MPHC),之后Culter 和Clarke 又分別提出了動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC)和廣義預(yù)測(cè)控制(GPC),經(jīng)過多年的理論研究和應(yīng)用實(shí)踐,模型預(yù)測(cè)控制在算法和理論分析方面都有了很大發(fā)展,其工作原理為:MPC 控制器依據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信息構(gòu)建傳遞函數(shù)或狀態(tài)空間等模型,然后根據(jù)被控對(duì)象的歷史信息和未來輸入,預(yù)測(cè)其未來輸出,并計(jì)算出*的輸入值;模型預(yù)測(cè)控制的優(yōu)化目標(biāo)是采用滾動(dòng)式的有*域優(yōu)化策略,即優(yōu)化過程不是一次離線完成,而是反復(fù)在線進(jìn)行;預(yù)測(cè)控制是一種閉環(huán)控制算法,由于預(yù)測(cè)值與真實(shí)值之間存在一定偏差,控制的優(yōu)化目標(biāo)也要根據(jù)每個(gè)采樣周期的反饋信息進(jìn)行校正。所以,MPC 是一種建立在反饋信息基礎(chǔ)上的反復(fù)決策過程,適用于約束條件、大純滯后、非線性等過程,具有較強(qiáng)的魯棒性。
國內(nèi)外研究人員積極探索變壓吸附工藝的控制系統(tǒng),提出了線性和非線性結(jié)合的反饋控制方案,根據(jù)PSA 實(shí)際工業(yè)裝置過程構(gòu)建嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型來驗(yàn)證控制方案的合理性。Khajuria 等基于分離CH4/H2(30%/70%)的四塔變壓吸附流程,將H2 純度穩(wěn)定在99.99% 的設(shè)定值上,通過MPC 控
制器進(jìn)行閉環(huán)控制過程模擬,將MPC 與PID 的控制性能進(jìn)行比較。之后,又提出了一個(gè)詳細(xì)的優(yōu)化方法,將其應(yīng)用于兩塔六步PSA 分離CH4/H2 (30%/70%),將控制器的設(shè)計(jì)并入工藝流程*化問題。以活性炭為吸附劑,針對(duì)三塔變壓吸附分離N2/CH4 工藝,進(jìn)行了系統(tǒng)的優(yōu)化與控制,模擬結(jié)果表明,該P(yáng)SA 過程的PID 控制器能夠有效抵制多種外界擾動(dòng)。
變壓吸附發(fā)展前景展望
隨著變壓吸附技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)計(jì)算性能的提高,變壓吸附工藝的數(shù)值模擬、優(yōu)化及控制的研究工作必將更加深入,裝置規(guī)模的大型化及應(yīng)用領(lǐng)域的拓展將成為變壓吸附工藝發(fā)展的趨勢(shì)。今后,變壓吸附技術(shù)的發(fā)展方向應(yīng)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1) 吸附劑性能不斷提高 利用先進(jìn)軟件和表征手段,研究和開發(fā)新型吸附劑,包括探究新型吸附劑的合成方法及傳統(tǒng)吸附劑的改性,使其具有吸附量大、選擇性好、使用壽命長、易再生等特點(diǎn)。
2) PSA 工藝設(shè)計(jì)日臻完善 通過更為的模型來模擬和優(yōu)化變壓吸附流程,使其對(duì)實(shí)際的工藝設(shè)計(jì)更具指導(dǎo)意義;采用快速變壓吸附、雙回流變壓吸附等工藝,或結(jié)合膜分離等技術(shù)開發(fā)復(fù)合型分離技術(shù),實(shí)現(xiàn)工藝流程的優(yōu)化。
3) 生產(chǎn)過程的控制及智能化 控制系統(tǒng)的有效監(jiān)控是保證穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵,在變壓吸附工藝中增加智能控制器的實(shí)時(shí)干預(yù),使存在擾動(dòng)時(shí)能夠及時(shí)調(diào)節(jié)關(guān)鍵參數(shù)快速恢復(fù)至*工況,甚至可以根據(jù)生產(chǎn)需要的變更,進(jìn)行實(shí)時(shí)的優(yōu)化與控制,確保整個(gè)工藝流程處于運(yùn)行狀態(tài)。
總之,對(duì)變壓吸附工藝流程進(jìn)行深入研究,實(shí)現(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展,使其更加成熟,有利于促進(jìn)變壓吸附工藝在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

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