祝显强等：吸附及解吸压力对快速变压吸附床内速度及循环性能的影响 *999* 阶段气体温度下降越快，该步骤结束后气体温度越低. 进一步下降，中间气出气端充压阶段气体温度略有 由图7(b)可以看出：在RVPSA循环中气体温度在原 升高，循环周期内气体温度变化大约为10℃：当解吸 料气充压阶段快速上升，吸附阶段略有升高，由于部 压力越低时，真空降压阶段气体温度越低。相比于 分气体解吸在中间气回收阶段气体温度略有下降， RPSA循环，RVPSA循环气体温度在循环周期内温度 放空降压阶段气体温度快速下降，真空降压阶段则 梯度更大 300 300 (a) 295 295 290 290H PR AD BD PU 285 PR AD RE BD 280 -1=0.5.P/P-270/100 280—=/1=0.5.P/P=240/80 --…z=0.5,PP=400100 --…z1=0.5,P/P=240160 275 0 2 3 4 256 3 循环时间s 循环时向s 图7循环周期内轴向中点处气体温度随时间变化.(a)RPSA循环：(b)RVSA循环 Fig.7 Mid-point bed gas temperature profiles during a cycle:(a)RPSA cycle:(b)RVPSA cycle 图8为RVPSA制氧系统7和RPSA制氧系统 的实验结果.由图9可以看出，随着循环周期减小， 中不同吸附及解吸压力对回收率(~90%产品氧气) B$F逐渐减小，而后逐渐增加，存在最小值，即不能通 影响的实验结果.由图8可以看出，随着循环周期的 过缩短循环周期的方法无限地减小BSF,这是由于气 增加，氧气回收率逐渐增大，之后逐渐趋于稳定.在 固间有限传质及传热阻力存在，循环周期缩小使气固 RPSA循环中吸附压力越高，氧气回收率越高：而 间传输过程难以顺利完成时，会影响制氧性能四 RVPSA循环中解吸压力越低，氧气回收率越高.与 RPSA循环中吸附压力越高，BSF越小；当吸附和解吸 RPSA循环相比，RVPSA循环氧气回收率更高，当吸附 压力分别为400kPa和100kPa时，基于Skarstrom循环 和解吸压力分别为240kPa和60kPa时，基于中间气出 的RPSA制氧系统BSF最小仅为43.86kg·TPD1回 气端充压的RVPSA循环的氧气回收率(~90%产品氧在RVPSA循环中解吸压力越低，BSF越小；当吸附和 气)为29.45%1m,而当吸附和解吸压力分别为400 解吸压力分别为240kPa和60kPa时，基于中间气出气 kPa和100 kPa时，基于Skarstrom循环的RPSA循环的 端充压的RVPSA制氧系统BSF为82.84kg·TPD,仍 氧气回收率(~90%产品氧气)仅为23.6%国 较高，其原因分析如下 32 210 28 -☐-P/P=240/6017 云180 -O-P/P=240/801m 24 -△-P/P=400/100用 7 ◇ VP/P=270/100n 20 120 16 -☐-P/P=240/601m 暗 90 12 P/P-240/8011 -△-P/P=400/100 -VP/P-270/100 60 30 6 P 循环周期 循环周期/ 图8吸附及解吸压力对氧气回收率的影响 图9吸附及解吸压力对BSF的影响 Fig.8 Effect of adsorption and desorption pressure on oxygen recov- Fig.9 Effect of adsorption and desorption pressure on BSF ery 表5为RVPSA制氧系统叨和RPSA制氧系统国 图9为RVPSA制氧系统D刀和RPSA制氧系统D国 所用制氧吸附剂对比.由表5可以看出，在压力为 中不同吸附及解吸压力对BSF(~90%产品氧气)影响 101.325kPa和温度为291.15K时，本研究中所采用吸祝显强等: 吸附及解吸压力对快速变压吸附床内速度及循环性能的影响 阶段气体温度下降越快，该步骤结束后气体温度越低． 由图 7( b) 可以看出: 在 ＲVPSA 循环中气体温度在原 料气充压阶段快速上升，吸附阶段略有升高，由于部 分气体解吸在中间气回收阶段气体温度略有下降， 放空降压阶段气体温度快速下降，真空降压阶段则 进一步下降，中间气出气端充压阶段气体温度略有 升高，循环周期内气体温度变化大约为 10 ℃ ; 当解吸 压力越低时，真空降 压 阶 段 气 体 温 度 越 低． 相 比 于 ＲPSA 循环，ＲVPSA 循环气体温度在循环周期内温度 梯度更大． 图 7 循环周期内轴向中点处气体温度随时间变化 . ( a) ＲPSA 循环; ( b) ＲVPSA 循环 Fig． 7 Mid-point bed gas temperature profiles during a cycle: ( a) ＲPSA cycle; ( b) ＲVPSA cycle 图 8 为 ＲVPSA 制氧系统［17］和 ＲPSA 制氧系统［13］ 中不同吸附及解吸压力对回收率( ～ 90% 产品氧气) 影响的实验结果． 由图 8 可以看出，随着循环周期的 增加，氧气回收率逐渐增大，之后逐渐趋于稳定． 在 ＲPSA 循环 中 吸 附 压 力 越 高，氧 气 回 收 率 越 高; 而 ＲVPSA 循环中解吸压力越低，氧 气 回 收 率 越 高． 与 ＲPSA 循环相比，ＲVPSA 循环氧气回收率更高，当吸附 和解吸压力分别为 240 kPa 和 60 kPa 时，基于中间气出 气端充压的 ＲVPSA 循环的氧气回收率( ～ 90% 产品氧 气) 为 29. 45%［17］，而当吸附和解吸压力分别为 400 kPa 和 100 kPa 时，基于 Skarstrom 循环的 ＲPSA 循环的 氧气回收率( ～ 90% 产品氧气) 仅为 23. 6%［13］． 图 8 吸附及解吸压力对氧气回收率的影响 Fig． 8 Effect of adsorption and desorption pressure on oxygen recov￾ery 图 9 为 ＲVPSA 制氧系统［17］和 ＲPSA 制氧系统［13］ 中不同吸附及解吸压力对 BSF( ～ 90% 产品氧气) 影响 的实验结果． 由图 9 可以看出，随着循环周期减小， BSF 逐渐减小，而后逐渐增加，存在最小值，即不能通 过缩短循环周期的方法无限地减小 BSF，这是由于气 固间有限传质及传热阻力存在，循环周期缩小使气固 间传输 过 程 难 以 顺 利 完 成 时，会影响制氧性能［3］． ＲPSA 循环中吸附压力越高，BSF 越小; 当吸附和解吸 压力分别为 400 kPa 和 100 kPa 时，基于 Skarstrom 循环 的 ＲPSA 制氧系统 BSF 最小仅为 43. 86 kg·TPD － 1［13］． 在 ＲVPSA 循环中解吸压力越低，BSF 越小; 当吸附和 解吸压力分别为 240 kPa 和 60 kPa 时，基于中间气出气 端充压的 ＲVPSA 制氧系统 BSF 为 82. 84 kg·TPD － 1，仍 较高，其原因分析如下． 图 9 吸附及解吸压力对 BSF 的影响 Fig． 9 Effect of adsorption and desorption pressure on BSF 表 5 为 ＲVPSA 制氧系统［17］和 ＲPSA 制氧系统［13］ 所用制氧吸附剂对比． 由表 5 可以看 出，在 压 力 为 101. 325 kPa 和温度为 291. 15 K 时，本研究中所采用吸 · 999 ·