Experimental investigation of the performances of the DR-PSA process

DR-PSA (Dual-Reflux Pressure Swing Adsorption) is an adsorption separation technique which aims to overcome the so-called thermodynamic limit of a standard PSA unit, combining enriching and stripping purposes thanks to a double reflux. A laboratory-scale DR-PHA unit for the separation of air was built and operated in order to investigate the effect on products’ purities of all main operating parameters, namely feed, light-reflux and heavy product flowrates, capacity ratio and feed position. The existing experimental literature was critically analyzed as a starting point for the operation of the unit, allowing also a deep understanding of the main features of the process. Five groups of experimental runs were carried out and their results were categorized into a parametric investigation. Contextually, a trouble-shooting procedure addressed and resolved control and mechanical issues of the newly built unit. An additional unit for the determination of Henry’s adsorption constants of oxygen and nitrogen was built and used to perform breakthrough experiments; the experimental results were then compared to literature values for an air mixture on zeolites 5A and exploited in scheduling the runs of the DR-PHA unit.

DR-PSA (Dual-Reflux Pressure Swing Adsorption) è una tecnica di separazione per adsorbimento con cambio di pressione che mira a superare la limitazione termodinamica del processo standard di PSA, combinando le due finalità di arricchimento e stripping tramite un doppio riflusso. Un impianto su scala di laboratorio di DR-PHA per la separazione dell’aria è stato costruito ed operato per determinare l’effetto sulle purezze dei prodotti dei principali parametri operativi, quali portate di alimentazione, di prelievo di pesante e di ricircolo di leggero, posizione dell’alimentazione e fattore di capacità. I lavori sperimentali presenti in letteratura sono stati sottoposti ad analisi critica ed utilizzati per la programmazione del lavoro sperimentale, nonché per approfondire la conoscenza delle caratteristiche principali del processo. Le prove sperimentali effettuate, divise in cinque gruppi, sono state organizzate in un’indagine parametrica su modello di precedenti lavori di letteratura. Contestualmente, è stata effettuata una procedura di individuazione, analisi e risoluzione di problemi di tipo meccanico e di controllo dell’unità di nuova costruzione. Una addizionale unità di laboratorio è stata costruita per la definizione delle costanti di adsorbimento di Henry di ossigeno e azoto, tramite prove di sfondamento; i risultati sperimentali sono stati confrontati con quelli di letteratura per zeoliti 5A e usati per la programmazione delle prove dell’unità di DR-PHA.