Генератор кислорода — это устройство, которое отделяет кислород из воздуха и производит его в высокочистом виде.
Он широко используется в таких сферах, как медицина, промышленность и научные исследования.
Основной принцип работы основан на технологии, позволяющей отделять кислород (около 21%) от азота (примерно 78%) и других газов, содержащихся в воздухе.
Основные технологии, используемые для этой цели, — это адсорбция при переменном давлении (PSA) и мембранное разделение.
Далее я подробно объясню принцип действия каждой технологии.
Метод адсорбции при переменном давлении (PSA)
Метод PSA — это самая широко используемая технология в генераторах кислорода.
Он использует адсорбент для селективного разделения кислорода и азота в воздухе.
Процесс проходит следующим образом:
Сжатие воздуха: Внешний воздух засасывается через компрессор, который повышает давление.
На этом этапе воздух проходит через фильтры, удаляющие пыль, влагу и другие загрязнения.
Прохождение через адсорбционные колонны:
Сжатый воздух проходит через две или более адсорбционных колонн, заполненных адсорбентом.
Обычно используется цеолит, так как он обладает свойством сильнее удерживать азот.
В результате при прохождении воздуха через колонны азот захватывается цеолитом, а кислород проходит дальше и отделяется.
Регулировка давления и регенерация:
Пока в одной колонне производится кислород, в другой снижается давление для высвобождения адсорбированного азота.
Этот процесс повторяется циклично, обеспечивая непрерывную подачу кислорода.
Хранение и подача:
Разделённый кислород направляется в резервуар и при необходимости подаётся с высокой степенью чистоты (90–95% и выше).
Метод PSA отличается высокой энергоэффективностью и обеспечивает стабильную подачу при сравнительно простом оборудовании.
Широко применяется в больницах, на промышленных объектах и в аквариумах.
Технология мембранного разделения
Мембранное разделение использует специальную полупроницаемую мембрану для разделения газов и работает по следующим принципам:
Забор и фильтрация воздуха:
Внешний воздух засасывается и проходит через фильтры для удаления загрязняющих веществ.
Прохождение через мембрану:
Затем воздух проходит через полупроницаемую мембрану, которая позволяет молекулам кислорода проходить быстрее, чем молекулам азота.
Это основано на различии в размерах молекул и скорости их диффузии.
Сбор кислорода:
Кислород, прошедший через мембрану, собирается и используется, а азот и другие газы отводятся.
В сравнении с методом PSA, мембранные системы проще по конструкции и легче в обслуживании.
Однако они обеспечивают более низкую чистоту кислорода (примерно 30–40%) и потому менее подходят для задач, требующих высокой чистоты.
Этот метод в основном используется для небольших объемов подачи кислорода или в специализированных промышленных условиях.
Другие методы
Криогенная дистилляция
Этот метод заключается в охлаждении воздуха до крайне низких температур с последующим его сжижением и разделением кислорода и азота по разнице температур кипения.
Он используется в основном для крупномасштабного промышленного производства и позволяет получать кислород очень высокой чистоты.
Электролиз
Этот метод основывается на электролизе воды для получения кислорода и применяется в основном в небольших лабораториях или в специализированных условиях.
Промышленное применение
Он используется как необходимый ресурс во многих отраслях промышленности.
Высокая чистота особенно важна для химических реакций, горения и поддержания жизни.
Ниже приведены примеры применения в различных отраслях.
Медицинская промышленность
Одно из важнейших применений в медицинской сфере — лечение пациентов с заболеваниями дыхательной системы или гипоксией.
Кислородная терапия
Пациентам с хронической обструктивной болезнью лёгких (ХОБЛ), пневмонией, лёгочным фиброзом и другими затруднениями дыхания подаётся кислород высокой концентрации с помощью кислородных генераторов.
Это помогает повысить уровень кислорода в крови для поддержания жизни или облегчения симптомов.
Неотложная медицинская помощь
Кислород используется в операционных, отделениях интенсивной терапии и приёмах неотложной помощи для аппаратов анестезии, вентиляции лёгких и др.
Домашний уход
Портативные кислородные генераторы помогают пациентам с хроническими заболеваниями получать кислород непрерывно в домашних условиях.
Сталевая и металлическая промышленность
Он играет ключевую роль в производстве стали и обработке металлов.
Доменная печь и сталеплавильное производство
Он необходим для выплавки железной руды в доменной печи и удаления примесей в конвертере (BOF) при производстве стали.
Повышает эффективность горения, снижает энергопотребление и увеличивает скорость производства.
Резка и сварка
Кислород используется вместе с ацетиленом для создания высокотемпературного пламени при резке и сварке металлов.
Это незаменимо в судостроении, строительстве и автомобильной промышленности.
Химическая промышленность
В химической промышленности он используется в качестве окислителя в различных химических реакциях.
Окислительные реакции
Он способствует катализаторным реакциям при производстве важных химических веществ, таких как оксид этилена, аммиак и метанол.
Очистка сточных вод
Используется на очистных сооружениях для стимулирования дыхания микроорганизмов, способствуя разложению органических веществ.
Аэрокосмическая и военная сфера
Аэрокосмическая сфера
Необходим для поддержания жизни экипажа в космических кораблях и самолётах большой высоты.
Также служит окислителем для поддержания горения ракетного топлива.
Военная сфера
Используется для дыхания в подводных лодках, истребителях и водолазном снаряжении; высокая чистота необходима для специальных задач.
Экологическая и энергетическая промышленность
Повышение эффективности горения
Повышает эффективность и способствует снижению выбросов углекислого газа при сжигании угля, природного газа и биомассы.
Особенно важен в технологии горения с использованием кислорода (oxy-fuel).
Аквариумы и аквакультура
Повышает концентрацию кислорода в воде в аквариумах и рыбоводческих хозяйствах, обеспечивая выживание водных организмов.
Другие применения
Пищевая промышленность
Используется при упаковке с модифицированной атмосферой (MAP) для сохранения свежести и для стимулирования микробной активности в процессе ферментации.
Горнодобывающая промышленность
Также применяется в процессе цианидного выщелачивания для извлечения драгоценных металлов, таких как золото и серебро, из руд.
Спорт и отдых
Портативные баллоны с кислородом используются при высокогорном альпинизме и дайвинге.
Генераторы кислорода эффективно поставляют кислород высокой чистоты, используя такие технологии, как PSA, мембранное разделение и криогенная дистилляция.
Благодаря этому они играют важную роль в различных отраслях, включая медицинскую, сталелитейную, химическую и аэрокосмическую промышленность.
Таким образом, генераторы кислорода повышают эффективность производства, способствуют защите окружающей среды и поддержанию жизни, становясь ключевым ресурсом, удовлетворяющим разнообразные потребности современного общества.
С постоянным развитием технологий, улучшающих эффективность и доступность генераторов кислорода, их сфера промышленного применения будет продолжать расширяться.
