L'histoire du générateur d'oxygène PSA

L'adsorption modulée en pression (PSA) n'est pas un procédé nouveau et, comme la plupart des bonnes inventions, avec le recul, le principe semble évident. Comme dans tous les procédés de séparation par adsorption, l'exigence essentielle est un adsorbant qui adsorbe de préférence un composant (ou une famille de composants associés) d'une alimentation mélangée. Cette sélectivité peut dépendre d'une différence d'équilibre d'adsorption ou d'une différence de taux d'absorption (sélectivité kinctique). Dans certains cas, la différence de taux peut être si grande que les espèces à diffusion plus lente sont en fait totalement exclues de l'adsorbant (tamisage sélectif), et dans cette situation une séparation très efficace peut évidemment être obtenue.

Tous les processus de séparation par adsorption comportent deux étapes principales :

(1) adsorption, au cours de laquelle les particules préférentiellement adsorbées sont retirées de l'alimentation ;
(2) régénération ou désorption, au cours de laquelle ces espèces sont éliminées de l'adsorbant, « régénérant » ainsi l'adsorbant pour une utilisation dans le cycle suivant. des produits utiles issus soit des étapes d'adsorption, soit des étapes de régénération, soit des deux étapes. L'effluent lors de l'étape d'adsorption est un produit raffiné purifié à partir duquel les matières résiduelles préférentiellement adsorbées ont été éliminées. Le désorbat récupéré lors de l'étape de régénération contient les espèces les plus fortement adsorbées sous forme concentrée (par rapport à la charge) et est parfois appelé le produit « extrait ».

La caractéristique essentielle d'un procédé PSA EST que, pendant l'étape de régénération, les espèces préférentiellement adsorbées sont éliminées en réduisant la pression totale, plutôt qu'en augmentant la température ou en purgeant avec un déplacement d'eau.

Le concept d'un processus PSA. (a) Chargement d'équilibre de Chinge avec précision. (h) croquis idéalisé montrant le suivi du profil de croissance de la phase d'adsorption pour les espèces les plus fortement udsorbées dans un simple processus PSA à deux lits.

agent (bien qu'une étape de purge à basse pression soit généralement incluse dans le cycle) Le procédé fonctionne dans des conditions approximativement isothermes de sorte que la capacité utile est la différence de chargement entre deux points, correspondant aux pressions d'alimentation et de régénération, sur la même isotherme. La figure 1.1(a)l.La figure 1.1(b) montre schématiquement le mouvement des profils de concentration pendant les étapes d'alimentation à haute pression et de régénération à basse pression. L'étape d'alimentation est normalement terminée avant que le composant le plus fortement adsorbé ne traverse le lit, tandis que l'étape de régénération est généralement terminée avant que le lit ne soit complètement désorbé. En régime permanent cyclique, le profil oscille donc autour d'une position moyenne dans le lit.

 

Générateur d'oxygène gazeux PSA

Générateur d'oxygène médical Psa

Usine d'oxygène médical PSA

Un avantage majeur du PSA, par rapport à d'autres types de processus d'adsorption tels que l'oscillation thermique, est que la pression peut être modifiée beaucoup plus rapidement que la température, permettant ainsi de faire fonctionner un processus PSA sur un cycle beaucoup plus rapide, augmentant ainsi le par unité de volume du lit adsorbant. La principale limitation est que les processus PSA sont limités aux composants qui ne sont pas trop fortement adsorbés. Si les espèces préférentiellement adsorbées sont trop fortement adsorbées, un vide non économiquement élevé est nécessaire pour effectuer la désorption pendant la régénération. Ainsi, pour les composants très fortement adsorbés, l'oscillation thermique est généralement l'option préférée puisqu'un changement modeste de température produit, en général, un changement relativement important dans la constante du cauilibrum d'adsorption gaz-solide.

Les processus PSA ne sont pas plus complexes que la plupart des processus de séparation plus conventionnels, mais ils diffèrent par une caractéristique essentielle : le PTOCess fonctionne dans des conditions transitoires, alors que la plupart des processus tels que l'absorption, l'extraction et la distitation fonctionnent dans des conditions stables.

En conséquence, le cadre conceptuel et les procédures de conception sont très différents. Cette différence peut être mieux expliquée en termes mathématiques. Un processus en régime permanent peut être décrit mathématiquement par une équation différentielle ordinaire (ou un ensemble d'équations différentielles ordinaires), et pour obtenir la relation entre les variables de fonctionnement et les performances du processus, il suffit de intégration de cet ensemble d'équations. En revanche, un processus transitoire est décrit par un ensemble d'équations aux dérivées partielles, ce qui nécessite une procédure de résolution plus complexe. En conséquence, la relation entre les performances du processus et les variables opérationnelles est généralement moins évidente. Les procédures de conception et de détartrage des composants PSA sont pour la plupart disponibles dans la littérature ouverte. Cependant, elles n'ont pas encore été généralement acceptées dans le cadre du programme normal d'ingénierie chimique et, par conséquent, un certain air de mystère persiste. .

Malgré leurs débuts, ce n'est réellement que dans les années 1980 que les procédés PSA ont été largement acceptés sur le plan commercial. Ceci est illustré dans la figure 1.2, qui montre un graphique du nombre annuel de publications et de brevets américains relatifs aux procédés PSA par rapport à l'année. Les raisons du délai inhabituellement long entre l'invention et la commercialisation de tels procédés ne sont pas tout à fait claires, mais il semble probable que l'opposition des intérêts bien établis dans l'industrie du gaz cryogénique et le manque de familiarité avec les principes sous-jacents parmi les ingénieurs en exercice ont probablement été importants. facteurs. Au cours des années 1970, l'intérêt pour les procédés de séparation alternatifs a été stimulé par l'escalade des coûts de l'énergie associée à la hausse du prix du pétrole brut. Bien que les coûts de l'énergie aient chuté au cours des années 1980, l'impulsion d'examiner des procédés alternatifs et d'adapter la technologie aux spécifications du produit a continué.