MAKALE
Basınç salınımlı adsorpsiyon, küçük ve orta büyüklükteki tesislerde oksijen ve azot üretmek için havanın ayrıştırılmasında yaygın olarak kullanılır. için kullanılan bir teknolojidir. Genellikle oda sıcaklığında çalışmasıyla, kriyojenik damıtma tekniklerinden ayrışır. Spesifik adsorban malzemeler (Zeolitler, aktif karbon, moleküler elekler, vb.), Tercihen hedef gaz türlerini yüksek basınçta adsorbe eden bir tuzak olarak kullanılır. İşlem daha sonra emilen malzemeyi dezorbe etmek için düşük basınca geçer. Basınç salınımlı adsorpsiyon, küçük ve orta büyüklükteki tesislerde oksijen ve azot üretmek için havanın ayrıştırılmasında yaygın olarak kullanılır. Tercihen zeolitler oksijen üretimi için kullanılırken, azot üretimi için karbon moleküler elekler (CMS) tercih edilen adsorbanlardır.
Karbon Moleküler Elek
Karbon moleküler elekler (CMS), yüksek adsorpsiyon seçiciliğine sahip ve çok dar bir mikro gözeneklilik dağılımı ile karakterize edilen aktif karbon içerikli malzemelerdir. Bu malzemeler, gaz karışımlarının ayrıştırılmasında gösterdikleri başarı ve pratik kullanımları sayesinde artan bir ilgi görmektedirler. CMS zeolitlere göre bazı avantajlar sunar.(3) Oksitleyici olmayan atmosferlerde daha yüksek termal kararlılık, Yüksek kimyasal kararlılık Yarık şekilli mikro gözeneklerde daha fazla adsorbat tutma Düzlemsel moleküller için seçicilik Daha yüksek hidrofobi Alkali ve asit medyaya karşı direnç CMS'lerin hazırlanması için çok çeşitli yöntemler kullanılmaktadır: karbon içerikli malzemenin termal ve kimyasal aktivasyonu, pirolitik karbon birikimi ve kontrollü oksidasyon bunlardan bazılarıdır. CMS, oksijen ve azot arasındaki denge adsorpsiyon kapasitelerinde önemli bir fark göstermez. Bununla birlikte, oksijen azottan daha hızlı adsorbe edilir ve bu durum kinetik seçiciliğe yol açar ve % 99,999'a varan saflıkta azotun elde edilebilmesiyle sonuçlanır. Gaz tutulumunda 2 farklı mekanizma seçeneği söz konusudur. Bu seçenekler, mikropor yığınlarının içine difüzyonel moleküler taşıma mekanizmasına sahip Fickian elekler ve mikropor girişlerindeki yüzey bariyeri mekanizmasını ifade eden Fickian olmayan eleklerdir. Literatürde, oksijen ve azot alımını açıklamak için farklı denklemler önerilmiştir. Doğrusal tahrik kuvveti modeli, Fickian eleklerindeki difüzyon kontrollü hızları tahmin etmek için kullanılırken, Fickian olmayan eleklerde gerçek süreci temsil etmek için Langmuir tipi denklem veya bir yarık potansiyeli denklemi kullanılmıştır. Literatürde sunulan modeller deneysel sonuçlarla karşılaştırılarak doğrulanmıştır ve farklı süreç değişkenlerinin etkisinin tahmin edilmesi sağlanmıştır.
Azot Saflaştırmada CMS için Temel Parametrelerin Önemi:
Shirley ve Lemcoff (2001), hem deneysel hem de teorik
74 › AIR WORLD TÜRKİYE / NİSAN-MAYIS-HAZİRAN 2021
olarak yüksek saflık bölgesinde azot basıncı salınımlı adsorpsiyon sürecini incelediler ve döngü süresinin proses performansı üzerindeki etkisinin saflık arttıkça daha önemli hale geldiğini buldular. 2 grup halinde 3’er deney gerçekleştirdiler. Deneylerin sonuçları özetle şu şekildedir: Deney1 (uzun çevrim süresi ve adsorpsiyon hızı) ve deney2’de CMS tarafından adsorbe edilmiş oksijen konsantrasyonu, gaz fazı değeri ile hemen hemen dengededir, ancak azot gazı deney2 çok daha az adsorbe edilir. Bu nedenle, daha yavaş adsorpsiyon hızı için daha yüksek bir azot verimi ve adsorbe edilen oksijenin, azot tarafından daha düşük miktarda desorpsiyonu gözlemlenir. Bunun sonucunda daha yüksek azot saflığı elde edilir. (Tablo1) Deney3’te (kısa çevrim süresi ve adsorpsiyon hızı) hem oksijen hem azot, CMS tarafından deney4’e göre daha çok adsorbe edilir. Salınan azot oranı temel deneye göre daha düşük olsa da, adsorbe edilen oksijen miktarı yüksek olduğu için, azot saflığı deney4’e göre çok daha fazladır. Deney4’te azot salınım verimi daha yüksek olmasına rağmen, gaz fazındaki oksijen konsantrasyonu da yüksektir ve böylece adsorpsiyon oranı azaldıkça azot saflığı azalır. Uzun bir çevrim süresinde daha yüksek bir adsorpsiyon hızı, (hızlı kinetik) azot saflığı üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. Öte yandan, kısa çevrim sürelerinde oksijen denge koşullarına yakın değildir ve daha hızlı bir kinetik sürecinde azot oksijenle rekabete girmeyeceği için, daha yüksek bir azot saflığı elde edilir. (4) Çevrim süresi
Azot adsorpsiyon hızı sabiti (cm3/mole s)
Oksijen adsorpsiyon hızı sabiti (cm3/mole s)
Oksijen konsantrasyonundaki değişim (%)
Azot salınım verimi (%)
Temel deney
360
kN
kO
…
…
Deney 1
360
2 x kN
2 x kO
34,5
-8,6
Deney 2
360
0,5 x kN
0,5 x kO
3,3
10
Temel deney
120
kN
kO
…
…
Deney 3
120
2 x kN
2 x kO
-81,5
-16
Deney 4
120
0,5 x kN
0,5 x kO
380
12,1
Tablo1: Konsantrasyon profillerinin detaylı analizi için parametreler
(P_ads = 7,8 atm, P_des = 1 atm, akış hızı = 112 N m3 /saat) 1-https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3777856/ 2-https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3565684/ 3-2005, Preparation of Carbon Molecular Sieves by Pyrolytic Carbon Deposition, CARLOTA GO´MEZ DE SALAZAR, ANTONIO SEPU´ LVEDA-ESCRIBANO AND FRANCISCO RODR´IGUEZ-REINOSO, Springer Science 4-2001, Air Separation by Carbon Molecular Sieves A.I. SHIRLEY AND N.O. LEMCOFF, Kluwer Academic Publishers
