Estudo da produção de oxigénio por adsorção com modulação de pressão

Abstract

Um processo de adsorção por modulação de pressão para a obtenção dos diferentes componentes do ar: azoto, árgon e oxigénio é abordado neste trabalho. Começa-se por revisar o processo/tecnologia pioneiros na produção dos diferentes componentes do ar (destilação criogénica), abordando processos alternativos, desenvolvidos nas últimas décadas, baseados em membranas/adsorção com modulação de pressão. Foram recolhidos na literatura dados experimentais das isotérmicas de adsorção e estes ajustados ao modelo DSL, base para os resultados obtidos com as simulações. Abordam-se os mecanismos de transferência de massa, isotérmicas de adsorção e os modelos envolvidos e utilizados em simulações realizadas num programa implementado em gPROMS. A simulação de um processo de adsorção com modulação de pressão (PSA) para a produção de oxigénio é baseada no modelo desenvolvido por Teague e Edgar (1999), onde se destaca a utilização da equação da válvula no cálculo das perdas de carga do sistema. Finalmente é considerado o sistema de controlo por realimentação simples, utilizado um controlador PI. Foi verificado que, actuando sobre a válvula de descarga que liga na parte superior ambas colunas do PSA, é possível regular a pureza do oxigénio entre 60 e 65 %, com uma recuperação até 49 %.

ABSTRACT: An adsorption process using pressure modulation to obtain the main air components: nitrogen, argon and oxygen are discussed in this work. We start to review the process/technology pioneering in the production of the different components from air (cryogenic distillation), following the alternative processes, developed in the last decades, based in membranes/adsorption with Pressure Swing. Isothermal data were collected and adjusted to the DSL model, basis to the results get with the simulations. We discuss the mass-transfer mechanisms, the adsorption isotherms and the models involved that were used in the simulations performed with the gPROMS program. A simulation of a pressure swing adsorption process for the production of oxygen was carried out, based on the concepts developed by Teague and Edgar (1999), where it was stressed the valve equation to calculate the system pressure losses. Finally, we consider a simple feed-backward control system, using a PI controller. We concluded that manipulating the discharge valve that connects the top of both PSA columns, it is possible to regulate the purity of oxygen between 60 and 65 % and a recovery up to 49 %.