अस्थिर दवाब अवशोषण

पीएसए प्रक्रिया का योजनाबद्ध चित्रण (एरिया = वायु इनपुट)। बाएँ और दाएँ रेखाचित्रों के बीच ऊर्ध्वाधर तल में समरूपता पर ध्यान दें।

पीएसए का उपयोग कर नाइट्रोजन जनरेटर

अस्थिर दवाब अवशोषण (पीएसए) एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग वर्णों की आणविक विशेषताओं और एक अवशोषक वाली सामग्री के लिए संबंध के अनुसार दबाव वाली गैसों के मिश्रण (सामान्यतौर पर हवा) से कुछ गैस वर्णों को अलग करने के लिए किया जाता है। यह सामान्य वातावरण के तापमान पर संचालित होता है और सामान्यतौर पर गैसों को अलग करने के लिए उपयोग किए जाने वाले औद्योगिक आसवन से काफी भिन्न होता है। चयनात्मक अवशोषक सामग्री (उदाहरण के लिए, जिओलाइट्स, सक्रिय कार्बन, आदि) का उपयोग दबाव वाली सामग्री के रूप में किया जाता है, जो उच्च दबाव पर लक्ष्य गैस वर्णों को अधिमान्य रूप से अवशोषित करती है। फिर प्रक्रिया अवशोषित गैस को मुक्त करने के लिए निम्न दबाव पर आ जाती है।

प्रक्रिया

अस्थिर दवाब अवशोषण का एनीमेशन, (1) और (2) बारी-बारी से अवशोषितना और अवशोषितना दिखा रहा है।

I	compressed air input		A	adsorption
O	oxygen output		D	desorption
E	exhaust

अस्थिर दवाब अवशोषण प्रक्रिया (पीएसए) इस परिस्थिति पर आधारित है कि उच्च दबाव में, गैसें ठोस सतहों पर फंस जाती हैं, यानी अवशोषित कर ली जाती हैं। दबाव जितना अधिक होगा, गैस उतनी ही अधिक अवशोषित होगी। जब दबाव कम हो जाता है, तो गैस निकल जाती है या नष्ट हो जाती है। पीएसए का उपयोग मिश्रण में गैसों को अलग करने के लिए किया जा सकता है क्योंकि विभिन्न गैसें किसी ठोस सतह पर अधिक या कम मजबूती से अवशोषित कर ली जाती हैं। उदाहरण के लिए, यदि एक गैस मिश्रण जैसे हवा को जिओलाइट के अवशोषित सतह वाले एक पात्र के माध्यम से दबाव में पारित किया जाता है जो ऑक्सीजन की तुलना में नाइट्रोजन को अधिक मजबूती से आकर्षित करता है, तो नाइट्रोजन का एक अंश सतह में रहेगा और पात्र में प्रवेश करने वाले गैस के मिश्रण की तुलना में बाहर निकलने वाली गैस में ऑक्सीजन अधिक मात्रा में होगी। जब सतह नाइट्रोजन अवशोषित करने की अपनी क्षमता की सीमा तक पहुँच जाता है, तो दबाव को कम करने के बाद इसे पुनरुत्पादित करके अवशोषित कर ली गई नाइट्रोजन को मुक्त किया जा सकता है। इस प्रकार यह प्रक्रिया, ऑक्सीजन-युक्त हवा के उत्पादन के एक और चक्र के लिए तैयार हो जाती है।

दो अवशोषक पात्रो का उपयोग लक्ष्य गैस के लगभग निरंतर उत्पादन की अनुमति देता है। यह दबाव को समतुल्य करने की भी अनुमति देता है, जहां पात्र से निकलने वाली गैस को दूसरे पात्र पर आंशिक रूप से दबाव डालने के लिए उपयोग किया जाता है। यह एक सामान्य औद्योगिक अभ्यास है और इसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण ऊर्जा बचत होती है।

अवशोषक

विभिन्न गैसों के बीच भिन्नता करने की उनकी क्षमता के अतिरिक्त, पीएसए प्रणालियों के लिए अवशोषक सामान्यतौर पर उनके बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्रों के कारण बहुत छिद्रयुक्त सामग्री चुने जाते हैं। विशिष्ट अवशोषक जिओलाइट, सक्रिय कार्बन, सिलिका जेल, अल्युमिना या संश्लेषित रेजिन होते हैं। यद्यपि इन सतहों पर अवशोषक गैस में केवल एक या अधिक से अधिक कुछ अणुओं की मोटाई की परत हो सकती है, प्रति ग्राम कई सौ वर्ग मीटर का सतह क्षेत्र अवशोषक के वजन के एक बड़े हिस्से को गैस में अवशोषित करने में सक्षम बनाता है। विभिन्न गैसों के लिए उनके संबंध के अतिरिक्त, जिओलाइट्स और कुछ प्रकार के सक्रिय कार्बन अणुओं की आकृति और आकार के आधार पर कुछ गैस अणुओं को उनकी संरचना से बाहर करने के लिए अपनी आणविक छलनी विशेषताओं का उपयोग कर सकते हैं, जिससे बड़े अणुओं की अवशोषित क्षमता सीमित हो जाती है।

अनुप्रयोग

गैस विभाजक झिल्ली स्किड का उपयोग लैंडफिल गैस उपयोग प्रक्रिया में किया जाता है

चिकित्सा ऑक्सीजन की आपूर्ति के लिए या व्यापक क्रायोजेनिक या संपीड़ित-सिलेंडर संचयन के विकल्प के रूप में जो किसी भी अस्पताल के लिए प्राथमिक ऑक्सीजन स्रोत है, इसके अतिरिक्त, पीएसए के कई अन्य उपयोग हैं। पीएसए के प्राथमिक अनुप्रयोगों में से एक कार्बन डाईऑक्साइड ( CO₂ ) को हटाने में है हाइड्रोजन ( H₂) के बड़े पैमाने पर वाणिज्यिक संश्लेषण में अंतिम चरण के रूप में) तेल रिफाइनरी और अमोनिया उत्पादन ( NH₃ ) में उपयोग के लिए). परिशोधनशाला अक्सर हाइड्रोजन सल्फाइड ( H₂S ) को हटाने में पीएसए तकनीक का उपयोग करती हैं) हाइड्रोट्रीटिंग और हाइड्रोक्रैकिंग इकाइयों के हाइड्रोजन फ़ीड और रीसायकल स्ट्रीम से। पीएसए का एक अन्य अनुप्रयोग मीथेन (सीएच) को बढ़ाने के लिए बायोगैस से कार्बन डाइऑक्साइड को अलग करना है₄) अनुपात। पीएसए के माध्यम से बायोगैस को प्राकृतिक गैस के समान गुणवत्ता में उन्नत किया जा सकता है। इसमें प्राकृतिक गैस के रूप में बेची जाने वाली उपयोगिता-ग्रेड उच्च शुद्धता मीथेन गैस में लैंडफिल गैस को अपग्रेड करने के लिए लैंडफिल गैस उपयोग की एक प्रक्रिया शामिल है।

पीएसए का उपयोग इसमें भी किया जाता है:

• कम ऑक्सीजन सामग्री वाली हवा उत्पन्न करने के लिए हाइपोक्सिक वायु अग्नि निवारण प्रणालियाँ।
• प्रोपेन निर्जलीकरण के माध्यम से उद्देश्यपूर्ण प्रोपेन पौधे। इनमें हाइड्रोजन की तुलना में मीथेन और एटैन के पसंदीदा अवशोषितने के लिए एक चयनात्मक माध्यम होता है।
• पीएसए प्रक्रिया पर आधारित औद्योगिक नाइट्रोजन जनरेटर इकाइयां संपीड़ित हवा से उच्च शुद्धता वाली नाइट्रोजन गैस (99.9995% तक) का उत्पादन कर सकती हैं। हालाँकि, ऐसे जनरेटर शुद्धता और प्रवाह की मध्यवर्ती श्रेणियों की आपूर्ति के लिए अधिक उपयुक्त हैं। ऐसी इकाइयों की क्षमताएं एनएम में दी गई हैं³/घंटा, सामान्य घन मीटर प्रति घंटा, एक एनएम³/h तापमान, दबाव और आर्द्रता की कई मानक स्थितियों में से किसी एक के तहत 1000 लीटर प्रति घंटे के समतुल्य है।
  • नाइट्रोजन के लिए: 100 एनएम से³/h 99.9% शुद्धता पर, 9000 एनएम तक³/h 97% शुद्धता पर;
  • ऑक्सीजन के लिए: 1500 एनएम तक³/h 88% और 93% के बीच शुद्धता के साथ।

कार्बन को पकड़ने और भंडारण (सीसीएस) के फ्रेम में, सीओ को कैप्चर करने के लिए भी अनुसंधान चल रहा है₂ इन संयंत्रों से ग्रीनहाउस गैस उत्पादन को कम करने के लिए, भू-अवरोधन से पहले जीवाश्म ईंधन बिजली संयंत्र | कोयला आधारित बिजली संयंत्रों से बड़ी मात्रा में।

वजन बचाने और सूट के परिचालन समय को बढ़ाने के लिए, स्पेस सूट प्राथमिक जीवन समर्थन प्रणालियों में उपयोग की जाने वाली गैर-पुनर्जीवित सॉर्बेंट तकनीक के भविष्य के विकल्प के रूप में पीएसए पर भी चर्चा की गई है। यह मेडिकल पोर्टेबल ऑक्सीजन कंसंट्रेटर में उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया है जिसका उपयोग वातस्फीति और सीओवीआईडी ​​​​-19 रोगियों और अन्य लोगों द्वारा किया जाता है जिन्हें सांस लेने के लिए ऑक्सीजन-समृद्ध हवा की आवश्यकता होती है।

पीएसए प्रौद्योगिकी की विविधताएं

डबल स्टेज पीएसए

(डीएस-पीएसए, जिसे कभी-कभी डुअल स्टेप पीएसए भी कहा जाता है)।
प्रयोगशाला नाइट्रोजन जनरेटर में उपयोग के लिए विकसित पीएसए के इस संस्करण के साथ, नाइट्रोजन गैस का उत्पादन दो चरणों में किया जाता है: पहले चरण में, संपीड़ित हवा को लगभग 98% की शुद्धता पर नाइट्रोजन का उत्पादन करने के लिए कार्बन आणविक छलनी से गुजरने के लिए मजबूर किया जाता है; दूसरे चरण में इस नाइट्रोजन को दूसरी कार्बन आणविक छलनी में पारित करने के लिए मजबूर किया जाता है और नाइट्रोजन गैस 99.999% तक अंतिम शुद्धता तक पहुंच जाती है। दूसरे चरण से शुद्ध गैस को पुनर्चक्रित किया जाता है और पहले चरण में आंशिक रूप से फ़ीड गैस के रूप में उपयोग किया जाता है।

इसके अतिरिक्त, अगले चक्र में बेहतर प्रदर्शन के लिए शुद्धिकरण प्रक्रिया को सक्रिय निकासी द्वारा समर्थित किया जाता है। इन दोनों परिवर्तनों का लक्ष्य पारंपरिक पीएसए प्रक्रिया की तुलना में दक्षता में सुधार करना है।

ऑक्सीजन सांद्रता बढ़ाने के लिए डीएस-पीएसए भी लगाया जा सकता है। इस मामले में, एक एल्यूमीनियम सिलिका आधारित जिओलाइट पहले चरण में नाइट्रोजन को अवशोषित लेता है और आउटलेट में 95% ऑक्सीजन तक पहुंच जाता है, और दूसरे चरण में एक कार्बन-आधारित आणविक छलनी एक रिवर्स चक्र में अवशिष्ट नाइट्रोजन को अवशोषित लेती है, जिससे ऑक्सीजन 99% तक केंद्रित हो जाती है।

रैपिड पीएसए

रैपिड प्रेशर स्विंग अवशोषित करना, या आरपीएसए, का उपयोग अक्सर पोर्टेबल ऑक्सीजन सांद्रक में किया जाता है। यह अधिशोषक सतह के आकार में बड़ी कमी की अनुमति देता है जब उच्च शुद्धता आवश्यक नहीं होती है और जब फ़ीड गैस (वायु) को त्याग दिया जा सकता है। यह स्तंभ के विपरीत सिरों को बारी-बारी से समान दर से बाहर निकालते हुए दबाव को तेजी से चक्रित करके काम करता है। इसका मतलब यह है कि गैर-अवशोषित गैसें स्तंभ के साथ बहुत तेजी से आगे बढ़ती हैं और दूरस्थ छोर पर निकल जाती हैं, जबकि अधिशोषित गैसों को आगे बढ़ने का मौका नहीं मिलता है और वे समीपस्थ छोर पर निकल जाती हैं।

वैक्यूम स्विंग अवशोषित करना

वैक्यूम स्विंग अवशोषित करना (वीएसए) परिवेशीय दबाव पर गैसीय मिश्रण से कुछ गैसों को अलग करता है; फिर प्रक्रिया अधिशोषक सामग्री को पुनर्जीवित करने के लिए निर्वात में बदल जाती है। वीएसए अन्य पीएसए तकनीकों से भिन्न है क्योंकि यह निकट-परिवेश के तापमान और दबाव पर काम करता है। वीएसए सामान्यतौर पर वैक्यूम के साथ पृथक्करण प्रक्रिया के माध्यम से गैस खींचता है। ऑक्सीजन और नाइट्रोजन वीएसए सिस्टम के लिए, वैक्यूम सामान्यतौर पर ब्लोअर द्वारा उत्पन्न होता है। हाइब्रिड वैक्यूम प्रेशर स्विंग सोखना (वीपीएसए) सिस्टम भी मौजूद हैं। वीपीएसए सिस्टम पृथक्करण प्रक्रिया में दबावयुक्त गैस लागू करते हैं और शुद्ध गैस पर वैक्यूम भी लागू करते हैं। वीपीएसए प्रणालियाँ, पोर्टेबल ऑक्सीजन सांद्रक में से एक की तरह, प्रथागत उद्योग सूचकांकों पर मापी जाने वाली सबसे कुशल प्रणालियों में से एक हैं, जैसे रिकवरी (उत्पाद गैस बाहर/उत्पाद गैस अंदर) और उत्पादकता (उत्पाद गैस बाहर/छलनी सामग्री का द्रव्यमान)। सामान्यतौर पर, अधिक रिकवरी से छोटा कंप्रेसर, ब्लोअर, या अन्य संपीड़ित गैस या वैक्यूम स्रोत और कम बिजली की खपत होती है। उच्च उत्पादकता से छोटे छलनी सतह बनते हैं। उपभोक्ता संभवतः उन सूचकांकों पर विचार करेगा जिनका समग्र सिस्टम में अधिक सीधे मापने योग्य अंतर है, जैसे सिस्टम वजन और आकार से विभाजित उत्पाद गैस की मात्रा, सिस्टम प्रारंभिक और रखरखाव लागत, सिस्टम बिजली की खपत या अन्य परिचालन लागत, और विश्वसनीयता.

यह भी देखें

• Adsorption
• Compressed air dryer
• Gas separation
• Hydrogen pinch
• Hydrogen purifier
• Industrial gas
• Oxygen concentrator
• Pervaporation

अग्रिम पठन

• Hutson, Nick D.; Rege, Salil U.; and Yang, Ralph T. (2001). “Air Separation by Pressure Swing Absorption Using Superior Absorbent,” National Energy Technology Laboratory, Department of Energy, March 2001.
• Ruthven, Douglas M. (2004). Principles of Absorption and Absorption Process, Wiley-InterScience, Hoboken, NJ, p. 1
• Yang, Ralph T. (1997). “Gas Separation by Absorption Processes”, Series on Chemical Engineering, Vol. I, World Scientific Publishing Co., Singapore.
• Ruthven, Douglas M.; Shamsuzzman Farooq, Kent S. Knaebel (1993). Pressure Swing Adsorption. Wiley-VCH. ISBN 9780471188186.
• Santos, João C.; Magalhães, Fernão D.; and Mendes, Adélio, “Pressure Swing Absorption and Zeolites for Oxygen Production”, in Processos de Separação, Universidado do Porto, Porto, Portugal