Jedinica za odvajanje tečnog vazduha: Proces i primjene

Kako je tečno Jedinice za odvajanje vazduha Radovi: Kriogeni proces destilacije

Razlika između tečnosti i tačke ključanja: Odvajanje dušika, kiseonika i argona

Proces kriogene destilacije radi odvajajući azot, kisik i argon na osnovu toga kako svaki gas vrvi na različitim temperaturama. Prvo, običan vazduh se komprimira na pritisak od oko 6 bara, a zatim se hladi na otprilike -175 stepeni Celzijusa dok se ne pretvori u tečni oblik spreman za odvajanje. Kada se ponovo zagrije, dušik počinje da vrvi najpre na oko -195,8 stepeni Celzijusa, zatim dolazi argon na -185,9 stepeni Celzijusa, ostavljajući kisik na -183 stepena Celzijusa. Postoji prilično važan razmak od 13 stepeni između kada se dušik i kisik odvajaju, što je sve što je važno za dobijanje čistih rezultata iz tornjeva za destilaciju. Zbog ove pažljive kontrole temperature, današnji Jedinice za odvajanje vazduha (ASU) mogu pouzdano proizvoditi kisik i azot sa nivoima čistoće iznad 99,5%, dok se u procesu oporavlja više od 95% dostupnog argona.

Zašto je tečni vazduh bitna sirovina Termodinamika i integracija energije

Tečni zrak služi kao osnovni početni materijal za velike operacije ASU, ne samo zato što je praktičan, već i zbog termodinamskog rada. Kada tečimo vazduh, zapravo smanjujemo njegovu zapreminu oko 700 puta, što znači da ga možemo pohranjivati u manjim prostorima, efikasnije prenositi toplotu i održati te destilacijske stupce glatkim. Naravno, za komprimiranje stvari treba mnogo energije, ali pametni sistemi su razvijeni da povrate dio te hladnoće iz proizvoda kao što su tekući kisik i tokovi dušika. Ovo pomaže da se smanji ukupna potreba za energijom negde između 30% i možda čak 40%. Zbog ove efikasnosti, kriogena destilacija ostaje pristup za stvarno velike operacije iznad oko 100 tona dnevno, jer druge metode kao što su membrane ili PSA jednostavno ne mogu da se poklapaju ni sa nivoima proizvodnje ni sa zahtevnim standardima čistoće. Pogledajte na ovaj način: biljke koje proizvode do 5.000 Nm3/h kisika mogu se smjestiti na pola hektara zemlje, što bi bilo nemoguće uz alternativne tehnologije.

Osnovne faze procesa jedinica za odvajanje vazduha

Kompresija i pročišćavanje: Uklanjanje CO2, Vlage i ugljikovodika kako bi se sprečilo smrzavanje

ASU počinju komprimiranjem okolnog vazduha na ~ 150 psija (10 bar), povećavajući njegovu gustoću za efikasnu obradu nizvodno. Ovaj pritisnuti vazduh zatim prolazi kroz višestepeni čistilac dizajniran za uklanjanje kontaminanta koji bi se smrzli ili reagovali na kriogenskim temperaturama:

• Filteri za čestice eliminiše prašinu i mehaničke otpadne materije
• S druge vrste uklanjanje aerosola ulja iz lubrikanata kompresora
• Adsorpcioni krevet sadrže aktivnu aluminu i zeolite apsorbuju vlažnost i CO2

Ovaj postupni pristup sprečava stvaranje leda u toplotnim izmeniteljima i eliminiše akumulaciju acetilena, poznate opasnosti od eksplozije u okruženjima bogatom kisikom. Pravilno pročišćavanje produžava životni vijek molekularne sitve za 30~40%, značajno smanjujući troškove održavanja životnog ciklusa.

Hladnja, ekspanzija i frakcionisanje: Od gasovitog zraka do visokočistih tečnih proizvoda

Nakon pročišćavanja, vazduh ulazi u kriogeni dio, gdje se hladi na ~ 185 °C putem kontrafluzne razmene toplote u spajanim aluminijumskim razmeniteljima ploča-krilca. Deo prolazi kroz kontrolisanu ekspanziju kroz turbine, koristeći Džul-Thomsonov efekat za indukciju djelomične tečnosti. Dvostranačna mešavina se unosi u sistem destilacije sa dvije kolone:

Kontinuirani kondenzacijski i ponovni ciklusi varenja precizno odvajaju komponente. Oporavak energije tokom širenja vraća 65-75% energije kompresije, što čini proces termodinamički stabilnim i operativno održivim.

Glavne industrijske primjene jedinica za odvajanje vazduha

Veliki potražnja za teškom industrijom: proizvodnja čelika, hemijska sinteza i rafinisanje gasnim i tečnim kisikom/azotom

Jedinice za odvajanje vazduha (ASU) isporučuju gasne i tečne oblike kiseonika i dušika mnogim osnovnim industrijama širom proizvodnje. Uzmimo proizvodnju čelika na primer. Kada proizvođači ubrizgavaju kisik direktno u visoke peći ili osnovne peći za kisik, dobiju bolje rezultate sagorevanja. To obično smanjuje upotrebu koksa negde između 20 i 30 posto i takođe smanjuje emisiju ugljen dioksida po toni proizvedenog čelika. Za hemijske procese koji zahtevaju zaštitu od zagađenja kiseonikom, tečni dušik igra ključnu ulogu. Proizvodnja etileno oksida dolazi na pamet ovdje jer čak i mali tragovi kisika mogu dovesti do opasnih reakcija raspada. Rafinerije takođe imaju koristi kada rade sa visokim čistinom kiseonika od oko 99,5% ili više. Takvi nivoi čistoće pojačavaju procese katalitičkog krekiranja i pomažu u održavanju efikasne hidrodesulfuracije bez brige o deaktiviranju katalizatora tokom vremena. Prednost tečnog oblika se širi izvan samo performansi. Zbog toga što tečnosti pakiraju više energije u manje količine i nude veće logističke opcije, kompanije koje integrišu ASU u svoje poslovanje često vide da se troškovi transporta smanjuju za otprilike 40% u poređenju sa oslanjanjem samo na gasovode za isporuku gasa.

Aplikacije u nišama visoke čistoće: Medicinski kisik, pakovanje u modifikovanoj atmosferi i proizvodnja poluprovodnika

Jedinice za odvajanje vazduha rade mnogo više od samo proizvodnje velikih količina gasa. Oni zapravo stvaraju ultra čiste gasove koji su vitalni za neke zaista važne aplikacije. Uzmimo, na primjer, medicinski kvalitetni kisik. Mora biti najmanje 99,5% čist prema USP/EP standardima i apsolutno je kritičan za pacijente kojima je potrebna respiratorna podrška ili one na odeljenjima intenzivne nege. Potražnja je porasla za oko 25% tokom poslednje velike zdravstvene krize. Hrana industrija takođe u velikoj meri zavisi od svojstava dušika. Kada se pakirana hrana čuva u pakovanju u modifikovanoj atmosferi, dušik sprečava propadanje zaustavljanjem oksidacije i rasta mikroba. To pomaže da se značajno produži rok trajanja i smanji problem otpada hrane od oko 30% u celom sektoru. A onda je tu proizvodnja poluprovodnika gdje stvari postaju još zahtjevnije. Za ove operacije, dušik mora dostići nivo čistoće od 99,999% (poznat kao čistoća od 5N) sa kontaminacijom kiseonika koja ostaje ispod 1 dijela na milion. Kriogena destilacija ostaje jedina metoda koja može postići takvu preciznost, što čini svu razliku pri proizvodnji besprekornih silicijumovih oblaka.

Dizajn i pouzdanost u savremenim jedinicama za odvajanje vazduha

ASU su danas napravljeni da rade neprekidno čak i kada stvari postanu teške u industrijskim okruženjima. Sistem ima rezervne kompresore i specijalne mehanizme kontrole koji održavaju one superhlade stupnjeve oko plus ili minus pola stepena Celzijusa. Ova stabilnost temperature je veoma važna jer osigurava da proces separacije radi ispravno i da konačni proizvodi budu čisti i čisti. Za strukturnu čvrstoću, proizvođači koriste ove dvoslojne rezervoare sa vakuumskom izolacijom napravljenom od specijalnih čeličnih legura koje se neće puknuti ili opati čak i na minus 196 stepeni. Kada je u pitanju ušteda energije, moderni ASU zapravo recikliraju toplotu iz kompresijskih dijelova, smanjujući potrošnju energije za oko 15 do 20 posto u poređenju sa starijim modelima. Istraživanja objavljena u časopisima kao što je Journal of Cleaner Production podržavaju ovo. Još jedna pametna karakteristika je modularni dizajn, koji omogućava postrojenjima da korak po korak prošire svoj kapacitet i zamjenjuju komponente dok još rade. Svi ovi promišljeni inženjerski izbori rezultiraju sa oko 99,6% radnog vremena, što znači da bolnice, fabrike poluprovodnika i druge osnovne objekte mogu računati na stalnu opskrbu tečnim dušikom, kisikom i argonom kad god im je potrebno.

Često se postavljaju pitanja

• Kako funkcioniše kriogena destilacija?
  Kriogena destilacija radi hlađenjem komprimovanog vazduha u tečno stanje i zatim ga zagrevanjem kako bi se odvojili gasovi na osnovu njihove tačke ključanja.
• Koje su neke industrijske primjene za pročišćene gasove iz ASU-a?
  Očisti gasovi se koriste u proizvodnji čelika, hemijskoj sintezi, rafineriji, medicinskoj industriji, pakovanju u modifikovanoj atmosferi i proizvodnji poluprovodnika.
• Šta znači modularni dizajn u modernim ASU-ovima?
  Modularni dizajn omogućava proširenje kapaciteta i zamjenu komponenti bez zaustavljanja rada, povećavajući efikasnost i pouzdanost.
• Zašto je čistoća kiseonika važna u industrijskim primjenama?
  Visoka čistoća kiseonika je ključna za procese kao što je katalitičko krekiranje i izbjegavanje deaktivacije katalizatora u rafinerijama.
• Šta su glavni gasovi odvojeni u Jedinice za odvajanje vazduha - Šta je?
  Sredstva za proizvodnju i proizvodnju gasova