Технология разделения промышленных газов и воздуха

Контент

Воздухоразделительная установка

Полное техническое руководство по установкам разделения воздуха — криогенная дистилляция, применение и производство промышленных газов.

Воздухоразделительная установка — это промышленный объект, который разделяет атмосферный воздух на его основные компоненты — азот, кислород и аргон — с помощью криогенной дистилляции или других технологий разделения. Эти установки необходимы для производства промышленных газов высокой чистоты, используемых во многих отраслях промышленности.

Установки разделения воздуха являются основой промышленной газовой промышленности. Они поставляют кислород для сталелитейной и медицинской промышленности, азот для химической обработки и консервирования пищевых продуктов, а также аргон для сварки и производства электроники. Масштабы этих заводов варьируются от небольших агрегатных установок до крупных предприятий, производящих тысячи тонн газа в день.

Установки разделения воздуха превращают воздух, которым мы дышим, в газы, которые питают современную промышленность.

Криогенная дистилляция Азот/Кислород/Аргон Высокая чистота ПСА / Мембрана

Что такое воздухоразделительная установка

Установки разделения воздуха — промышленные объекты, предназначенные для разделения атмосферного воздуха на составляющие его газы методом криогенной дистилляции. Этот процесс основан на том факте, что разные газы сжижаются при разных температурах: кислород при -183°С, азот при -196°С и аргон при -186°С.

Атмосферный воздух сначала сжимается, очищается от углекислого газа и водяного пара, а затем охлаждается до криогенных температур. Сжиженный воздух подается в ректификационную колонну, где компоненты разделяются по температурам кипения. В результате этого процесса получаются азот, кислород и аргон высокой чистоты, а также редкие газы, такие как неон, криптон и ксенон.

Установки разделения воздуха могут быть спроектированы с различной производительностью и уровнем чистоты в зависимости от требований конечного использования. Некоторые заводы производят газы в газообразной форме, другие производят жидкие продукты для хранения и транспортировки.

Азот (N2)

Бесцветный, без запаха, инертный газ. Используется для покрытия, продувки и химической обработки. Чистота: 99,999%.

Кислород (O2)

Бесцветный, без запаха, химически активный газ. Используется для сталеплавильного производства, медицины и очистки сточных вод. Чистота: до 99,5%.

Аргон (Ar)

Бесцветный, без запаха, инертный газ. Используется для сварки, электроники и производства металлов. Чистота: 99,999%.

Редкие газы

Неон, криптон, ксенон — используются в освещении, лазерах и электронике. Производится в небольших количествах из воздуха.

Как работают воздухоразделительные установки

Установки разделения воздуха работают по принципу криогенной дистилляции. Процесс включает в себя несколько ключевых этапов:

Сжатие воздуха

Атмосферный воздух засасывается в установку и сжимается до высокого давления с помощью многоступенчатых компрессоров. Сжатие повышает температуру воздуха, который затем охлаждается интеркулерами.

Очистка воздуха

Сжатый воздух проходит через молекулярные сита, которые удаляют углекислый газ, водяной пар и углеводороды. Эти загрязнители замерзнут и заблокируют криогенное оборудование.

Охлаждение и сжижение

Очищенный воздух охлаждается в теплообменниках потоками продуктов и отходов. Воздух охлаждается до криогенных температур (ниже -170°C) до тех пор, пока он не сжижается.

Дистилляция

Сжиженный воздух поступает в ректификационную колонну. Азот (температура кипения -196°С) поднимается вверх, кислород (-183°С) собирается внизу, а аргон (-186°С) отсасывается из средней части.

Ход процесса

Забор воздуха на сжатие на очистку на охлаждение на сжижение на дистилляцию на хранение продукта

Ключевое оборудование и компоненты

Установки разделения воздуха состоят из нескольких важнейших компонентов, которые работают вместе для достижения эффективного разделения:

Компрессоры

Многоступенчатые центробежные или поршневые компрессоры, нагнетающие атмосферный воздух до необходимого рабочего давления.

Молекулярное сито очистки

Емкости, заполненные молекулярным ситом, удаляющим CO2, H2O и углеводороды из потока сжатого воздуха.

Теплообменники

Паяные алюминиевые или пластинчато-ребристые теплообменники, охлаждающие технологический воздух до криогенных температур.

Дистилляционные колонны

Высокоэффективные ректификационные колонны со структурированной насадкой или ситчатыми тарелками, разделяющими компоненты воздуха.

Эспандеры

Турбодетандеры, генерирующие холод за счет расширения части сжатого воздуха.

Резервуары для хранения

Криогенные резервуары для хранения жидких продуктов и системы хранения газа для газообразных продуктов.

Сравнение технологий разделения воздуха

Технология	Емкость	Чистота	Энергопотребление	Лучшее приложение
Криогенная дистилляция	50-5000 тонн в день	До 99,999%	Умеренно-Высокий	Крупномасштабные, высокой чистоты
СРП	10-500 тонн в день	90-99,5%	Низкий-умеренный	Мелкомасштабный, более низкая чистота
Мембрана	1-100 тонн в день	90-99%	Низкий	Мелкомасштабный, азот

Приложения

Установки разделения воздуха поставлять газы практически во все отрасли промышленности:

Сталелитейное производство

Вдувание кислорода для интенсификации горения и удаления примесей в доменных и электродуговых печах.

Химическая обработка

Азот для инертизации, продувки и передачи давления. Кислород для реакций окисления и переработки отходов.

Медицинский

Медицинский oxygen for hospitals and healthcare facilities. Nitrogen for pharmaceutical processing.

Сохранение продуктов питания

Азот для упаковки и консервации пищевых продуктов. Криогенная заморозка пищевых продуктов.

Электроника

Азот и аргон высокой чистоты для производства полупроводников и электроники.

Аэрокосмическая промышленность

Кислород для систем жизнеобеспечения. Азот для инертизации топливных баков и систем.

Руководство по выбору

Выбор правильной воздухоразделительной установки требует тщательного рассмотрения нескольких факторов:

Определить требования к газу

Определите тип, чистоту и объем газа, необходимые для вашего применения.

Определить емкость

Оцените необходимую производственную мощность — небольшие системы PSA могут подойти для меньших объемов.

Выберите технологию

Выбирайте между криогенной дистилляцией, PSA или мембранными технологиями в зависимости от требований к чистоте и производительности.

Учитывайте местоположение

Оцените состояние объекта, наличие инженерных коммуникаций и близость к газораспределительным сетям.

План хранения

Определите, требуется ли хранение жидкости или газа для буферной емкости.

Оцените затраты на электроэнергию

При выборе технологии учитывайте энергопотребление и эксплуатационные расходы.

Часто задаваемые вопросы

Что такое воздухоразделительная установка?

Какие газы производятся на воздухоразделительной установке?

Основными продуктами являются азот, кислород и аргон. Редкие газы, такие как неон, криптон и ксенон, также могут производиться в меньших количествах.

В чем разница между криогенным разделением воздуха и разделением воздуха PSA?

Криогенная дистилляция работает при очень низких температурах и производит газы высокой чистоты в больших объемах. PSA (адсорбция при переменном давлении) работает при температуре окружающей среды и подходит для небольших применений с низкой чистотой.

В каких отраслях используются воздухоразделительные установки?

Установки разделения воздуха serve steelmaking, chemical processing, medical, food preservation, electronics, and aerospace industries.

Какова типичная чистота газов воздухоразделительной установки?

Криогенные установки могут достигать чистоты азота и аргона 99,999% и кислорода до 99,5%. Системы PSA обычно достигают чистоты 90–99,5%.

Сколько энергии потребляет установка разделения воздуха?

Потребление энергии зависит от технологии и мощности. Криогенные установки обычно потребляют 0,4-0,8 кВтч на Нм3 продукта. PSA и мембранные системы обычно требуют меньше энергии.

Выбор правильного установка разделения воздуха обеспечивает надежную поставку промышленных газов для вашего применения.

Учитывайте производительность, требования к чистоте и технологические варианты, чтобы выбрать лучшее решение для ваших потребностей в добыче газа.