Понимание процесса разделения воздуха
Атмосферный воздух является важным промышленным ресурсом, состоящим в основном из азота, кислорода и аргона, с примесью таких газов, как углекислый газ, неон и гелий. Эти газы имеют различные физические свойства, особенно температуру кипения. Различия в температуре кипения лежат в основе криогенного разделения воздуха. Криогенная дистилляция является основным способом разделения этих компонентов в промышленности. Она основана на регулировании температуры и давления для превращения воздуха в жидкость и разделения его на отдельные компоненты. Крупномасштабное оборудование для разделения воздуха эффективно справляется с этой задачей, используя различия в температурах кипения компонентов воздуха.
Почему криогенная дистилляция важна
Криогенная дистилляция играет важную роль в производстве высокочистых газов для промышленного использования. Кислород играет важную роль в производстве стали. Азот широко используется для поддержания инертности в электронике и металлообработке. Аргон играет ключевую роль в сварке и производстве микросхем. Системы криогенного разделения воздуха DINAK направлены на повышение чистоты газа и энергоэффективности. Крупномасштабное оборудование для разделения воздуха обеспечивает эффективное разделение на основе различий в температурах кипения различных компонентов воздуха.
Состав воздуха и температуры кипения
Основные компоненты атмосферного воздуха
Азот: 78%
Кислород: 21%
Аргон: ~1%
Другие газы, такие как углекислый газ, неон и гелий, присутствуют в следовых количествах.
Температуры кипения основных газов
Успех криогенной дистилляции обусловлен четкими различиями в температурах кипения компонентов воздуха:
Азот: -196 °C
Аргон: -186 °C
Кислород: -183 °C
Небольшие установки для разделения воздуха обеспечивают эффективное разделение на основе различий в температурах кипения различных компонентов воздуха.
Обзор основного процесса разделения воздуха
Этап сжатия
Процесс начинается со сжатия атмосферного воздуха компрессорами. После сжатия в высокоэффективном воздушном компрессоре необработанный воздух поступает в систему очистки адсорбцией молекулярным ситом при комнатной температуре. Там он полностью очищается от таких веществ, как вода, углекислый газ и углеводороды. На этом этапе воздух подготавливается к последующей обработке путем повышения его давления и температуры.
Этап охлаждения и очистки
Затем сжатый воздух охлаждается в главном теплообменнике. Он отдает тепло возвращающимся холодным газам. Это раннее охлаждение помогает подготовить условия для превращения газа в жидкость. В то же время водяной пар, CO₂ и углеводороды удаляются с помощью адсорбции на молекулярном сите. Это предотвращает их замерзание в холодной камере. Очищенный воздух обменивается теплом с возвращающимся холодным газом в главном теплообменнике. Затем, после первоначального охлаждения, он поступает в систему фракционирующих колонн.
Ожижение воздуха
Охлаждение продолжается до тех пор, пока температура воздуха не опустится ниже -180 °C. В этот момент он превращается в жидкость. Чистый воздух обменивается теплом с низкотемпературным продуктом газа, возвращающимся в главный теплообменник. Он охлаждается до очень низкой температуры. Главный холодогенератор, турбодетандер, продолжает поставлять необходимый холод в установку. Он делает это, выполняя работу, и в конце концов превращает воздух в жидкость.
Фракционная дистилляция в колонной системе
Структура дистилляционной колонны
DINAK использует двухколонную дистилляционную систему, состоящую из колонны высокого давления (HP) и колонны низкого давления (LP), расположенных последовательно. Эти колонны имеют тарелки или наполнители для улучшения смешивания жидкости и пара. Это способствует лучшему переносу массы. При дистилляционном разделении воздух, охлажденный до точки жидкости, поступает в двухступенчатую дистилляционную колонну. Там азот, кислород и аргон разделяются один за другим под строгим контролем температуры и давления.
Функциональность колонны высокого давления
Жидкий воздух поступает в колонну HP для первоначального разделения. Более легкие вещества, такие как азот, сначала превращаются в пар и поднимаются наверх. Между тем, более тяжелая жидкость, богатая кислородом, опускается вниз.
Функциональность колонны низкого давления
Жидкость из нижней части колонны высокого давления поступает в колонну низкого давления для более тщательной сепарации. Колонна низкого давления работает при более низком давлении, что усиливает разделение:
Азот высокой чистоты выходит из верхней части.
Кислород высокой чистоты собирается в нижней части.
Благодаря нескольким этапам массо- и теплопередачи внутри дистилляционной колонны азот высокой чистоты выходит из верхней части колонны. Высокочистый кислород собирается в нижней части.
Роль секции разделения аргона
Температура кипения аргона составляет -186 °C, что позволяет работникам извлекать его между зонами азота и кислорода. Специальная колонна для разделения аргона использует технологию полной дистилляции без водорода, которая повышает безопасность, снижает потребление энергии и эффективно производит высокочистый аргон.
Сбор и хранение продукта
Извлечение кислорода
Кислород с чистотой более 99% собирается в основании колонны низкого давления. Он может оставаться в жидком состоянии в криогенных резервуарах или превращаться в газ для транспортировки по трубопроводам. В установках DINAK часто добавляется насос для жидкого кислорода для прямой подачи под высоким давлением. Кислород может сжиматься внутри с помощью насоса для жидкого кислорода, чтобы обеспечить безопасную и надежную подачу газа под высоким давлением.
Рекуперация азота
Азот, извлеченный из верхней части колонны низкого давления, может поступать в виде газа или превращаться в жидкость с помощью дополнительного охлаждения для более длительного хранения.
Обработка аргона
Аргон выходит из специального места между колоннами высокого и низкого давления. В зависимости от потребностей пользователей, он может подвергаться дополнительной очистке для достижения максимальной степени чистоты.
Управление процессами и безопасность
Автоматизация в современных системах
DINAK встраивает интеллектуальные ПЛК и SCADA-системы для тщательного контроля и управления процессом. Передовые приборы и системы управления DINAK позволяют в режиме реального времени отслеживать ключевые параметры, автоматизировать сигнализацию и защитные функции. Это позволяет поддерживать давление, температуру, расход и чистоту газа в допустимых пределах.
Меры безопасности
Системы DINAK оснащены полным набором средств безопасности:
Клапаны сброса избыточного давления.
Датчики концентрации кислорода.
Протоколы аварийного отключения.
Графики регулярного профилактического обслуживания.
DINAK предоставляет надежное обслуживание клиентов, а также комплексные долгосрочные договоры на техническое обслуживание, включая все необходимые запасные части, удаленное обслуживание и мелкий или капитальный ремонт.
Заключение
Криогенная дистилляция по-прежнему остается одним из лучших способов получения высокочистых промышленных газов из обычного воздуха. Как компания с более чем 20-летним опытом в создании полных систем разделения газов — от малых до крупных установок ASU — мы в DINAK продолжаем развивать криогенные технологии. Мы уделяем особое внимание более эффективному использованию энергии, стабильной работе и долгосрочной ценности для клиентов по всему миру. Обладая обширным и специальным опытом, мы тесно сотрудничаем с клиентами по всему миру. Мы создаем решения, отвечающие их потребностям. Эти шаги позволяют увеличить производительность, сократить отходы и продлить срок службы всего оборудования завода.
Часто задаваемые вопросы
В: Для чего используется криогенная дистилляция?
О: Криогенная дистилляция используется для разделения атмосферного воздуха на компоненты, такие как кислород, азот и аргон, на основе их различных температур кипения при чрезвычайно низких температурах.
В: Как работает установка разделения воздуха?
О: Она сжимает окружающий воздух, удаляет примеси, такие как влага и CO₂, с помощью систем очистки, охлаждает его до температуры ниже -180 °C до состояния сжижения, а затем разделяет каждый газ с помощью колонн фракционной дистилляции.
В: Почему в криогенной дистилляции используются две колонны?
О: Двухколонная система — высокого давления (HP) и низкого давления (LP) — повышает эффективность разделения за счет использования разных давлений для постепенного повышения чистоты газа.
В: Является ли криогенное разделение воздуха энергоемким процессом?
О: Да, однако системы DINAK используют передовые турбодетандеры и оптимизированные теплообменники, которые значительно снижают энергопотребление по сравнению с традиционными методами.
