1. Sissejuhatus: õhueraldusüksuste strateegiline roll
Õhueraldusseade (ASU) on kaasaegse tööstuse põhiinfrastruktuuri oluline osa. Keerukate füüsikaliste ja keemiliste protsesside abil eraldab ja puhastab see kõikjal leiduva atmosfääriõhu muuhulgas gaasideks -kõrge-puhtusega hapnikuks (O₂), lämmastikuks (N₂) ja argooniks (Ar) ning varustab neid paindlikult kas vedelal või gaasilisel kujul. See protsess mitte ainult ei kasuta täielikult ära loodusressursse, vaid on ka tõhusa, puhta ja ohutu toimimise nurgakivi paljudes olulistes tööstussektorites. Terasetootmise lõõmavatest ahjudest kuni-elu säästva meditsiinilise hapnikuni, fotolitograafiast ja tipptasemel pooljuhtide söövitusest- kuni toitu säilitava inertse atmosfäärini – ASU-de pakutav "tööstuslik elujõud" läbib riigi majanduse ja tehnoloogilise arengu kõiki aspekte. Nende tehnoloogiline võimekus ja töökindlus mõjutavad otseselt järgtööstuse konkurentsivõimet ja jätkusuutlikku arengut.
2. Põhilised eraldamistehnoloogiad: põhimõtted ja rakendatavus
ASU õhu eraldamine tugineb peamiselt järgmisele kolmele põhitehnoloogiale, millest igaühel on oma ainulaadsed põhimõtted, eelised ja kohaldatavad stsenaariumid:
Krüogeenne destilleerimine:
Põhimõte: see on kuldstandardi tehnoloogia suuremahuliseks-kõrge puhtusastmega-gaasitootmiseks. Selle põhiprintsiibiks on kasutada ära olulisi erinevusi õhukomponentide (peamiselt lämmastiku, hapniku ja argooni) keemispunktides (N₂: -195,8 kraadi, O₂: -183 kraadi, Ar: -185,9 kraadi). Protsess on väga integreeritud: ümbritsev õhk läbib mitmeastmelise kokkusurumise ja rõhu tõstmise. Seejärel jahutatakse see sügava eeljahutuse ja peamise soojusvaheti abil veeldamispunkti lähedale või selleni (ligikaudu -172 kuni -190 kraadi). Seejärel juhitakse veeldatud õhk destilleerimiskolonni süsteemi (tavaliselt kahekolonniline struktuur – kõrgsurve alumine kolonn ja madalrõhu ülemine kolonn).
Destilleerimisprotsess: destilleerimiskolonnis läbivad gaasi- ja vedelfaasid alustel või pakenditel ulatusliku vastuvoolukontakti. Madalaima keemistemperatuuriga lämmastik aurustub eelistatult ja tõuseb torni tippu, moodustades kõrge -puhtusastmega lämmastikprodukti. Kõrgema keemistemperatuuriga hapnik kipub kontsentreeruma põhjas vedelas faasis. Mitme korduva osalise aurustamis- ja kondensatsiooniprotsessiga tornis puhastatakse komponendid järk-järgult. Lõppkokkuvõttes saadakse kõrge-puhtusastmega lämmastik (ulatuvusega üle 99,999%) madalarõhu{7}}ülemise torni ülaosas ja kõrge-puhtusastmega vedel hapnik põhjas. Argooni{10}}rikastatud fraktsioon eemaldatakse tavaliselt ülemise torni keskelt ja juhitakse eraldi argoonikolonni edasiseks destilleerimiseks ja puhastamiseks, et saada kõrge puhtusastmega vedela argooni.
Eelised: ülimalt-suur töötlemisvõimsus (kuni sadu tuhandeid Nm³/h O₂), kõrge tootepuhtus (eriti hapniku, lämmastiku ja argooni puhul), paindlik tootevorm (vedelik/gaas), mitme kõrge -puhtusastmega gaasi samaaegne tootmine ja suhteliselt madal energiatarve (suurtes mastaapides).
Kasutusalad: laiaulatuslik{0}}tööstuslik gaasitootmine (terase-, keemia-, söe-keemiatööstus), kõrged puhtusnõuded (elektroonika, meditsiin) ja rakendused, mis nõuavad vedelat lämmastikku/vedelat hapnikku (LNG külmenergia kasutamine, raketikütus). Surve kõikumise adsorptsioon (PSA):
Põhimõte: see kasutab ära konkreetsete adsorbentide (nt süsiniku molekulaarsõelad ja tseoliidi molekulaarsõelad) adsorptsioonivõime või difusioonikiiruse erinevusi õhus leiduvate erinevate gaasimolekulide puhul. Kui võtta näiteks lämmastiku tootmine, on süsiniku molekulaarsõelatel hapniku adsorptsioonivõime ja difusioonikiirus palju suurem kui lämmastiku puhul. Kui suruõhk siseneb süsiniku molekulaarsõeltega täidetud adsorptsioonitorni, adsorbeeritakse hapnik, veeaur, süsihappegaas ja muud gaasid kiiresti molekulaarsõelte pooridesse, lämmastik aga voolab tornist välja produktigaasina. Kui adsorbent läheneb küllastumisele, vabanevad adsorbeeritud gaasid torni rõhu kiire vähendamise teel (desorptsioon/regeneratsioon). Tavaliselt kasutatakse kahte või enamat adsorptsioonitorni paralleelselt programmeeritava klapilülitusega, et saavutada pidevad adsorptsiooni- ja regenereerimistsüklid, mille tulemuseks on pidev lämmastiku tootmine.
Eelised: suhteliselt lihtne protsessivoog, kiire käivitamine, suur tööpaindlikkus, suhteliselt väike investeering (väikeste ja keskmise suurusega{0}}kaalude jaoks), kõrge automatiseerituse tase ja suhteliselt lihtne hooldus. Kasutusalad: väikese- kuni keskmise-lämmastikuvajadus (95%-99,999% puhtus), kohapealne-gaasitootmine, vähem rangete hapniku puhtusnõuetega rakendused (nt hapnikuga rikastatud aeratsioon reoveepuhastuseks) ja kiiret reageerimist nõudvad stsenaariumid. Samuti areneb PSA hapniku tootmise tehnoloogia.
Membraani eraldamine:
Põhimõte: kasutatakse spetsiaalsetest polümeeridest või anorgaanilistest materjalidest valmistatud õõneskiudusid või lamedaid membraane. Nendel membraanimaterjalidel on selektiivne gaaside läbilaskvus. Kui suruõhk voolab läbi membraani ühe külje, siis kiirema läbilaskevõimega gaasimolekulid (nagu hapnik ja veeaur) eelistatavalt lahustuvad ja difundeeruvad läbi membraani seina, koondudes teisele poole (permeaadi pool). Aeglasema läbilaskevõimega gaasimolekulid (nt lämmastik) püütakse kinni ja kontsentreeritakse toitepoolele (retentaadi poolele), saavutades nii eraldumise. Kõige tavalisem rakendus on rikastatud lämmastiku (N₂) tootmine.
Eelised: ülilihtne ja kompaktne seadmestruktuur, liikuvate osade puudumine, ülilihtne kasutamine, kohene käivitamine, kerge kaal, madal müratase ja minimaalne investeerimiskulu (väikese{0}}mahu tootmiseks). Kasutusalad: väikesemahuline, madala-puhtusastmega lämmastikuvajadus (95%-99,5%), piiratud ruumiga keskkonnad (nt konteinerid ja mobiilsed seadmed), mõõteriistade kaitsegaas ja toidupakendite puhastusgaas.
3. Õhueraldusseadme põhisüsteemi komponentide üksikasjalik selgitus
Täielik kaasaegne suure{0}}mahuga krüogeenne õhueraldusseade (peavoolutehnoloogia) on väga integreeritud ja keerukas süsteemitehniline projekt, mis hõlmab peamiselt järgmisi peamisi alamsüsteeme:
Õhu kokkusurumise süsteem:
Funktsioon: tagab kogu eraldusprotsessi energiaallika, tõmbab sisse ümbritseva õhu ja surub selle kokku vajaliku kõrge rõhuni (tavaliselt mõnest kuni kümne baarini).
Põhivarustus:
Main Air Compressor: Performs the majority of the compression work. Large ASUs (>10 000 Nm³/h O₂) kasutavad üldiselt suure-tõhususega, suure-vooluhulgaga mitmeastmelisi tsentrifugaalkompressoreid (auru-/mootori jõul), mida täiendavad täiustatud aerodünaamiline disain ja tiiviku materjalid. Keskmise-mahuga seadmed võivad kasutada mitmeastmelisi-tsentrifugaal- või suure{8}}tõhusaid kruvikompressoreid. Väikesed seadmed võivad kasutada kolb- või kruvikompressoreid.
Võime-/taaskompressioonisüsteem: annab paisutisse kõrgrõhuga-õhku või tõstab tootegaasi rõhku. Kaalutlused: Tõhusus (südamiku energiatarbimine), töökindlus, liigpinge juhtimine, müra vähendamine ja ajamimeetod (auruturbiin, elektrimootor, gaasiturbiin) on valiku ja disaini võtmetegurid.
Õhu eeljahutus- ja puhastussüsteem:
Funktsioon: eemaldab suruõhust sellised lisandid nagu niiskus, süsinikdioksiid, süsivesinikud (nagu atsetüleen) ja dilämmastikoksiid (N2O). Need lisandid võivad madalatel temperatuuridel külmuda ja ummistada seadmeid ja torustikke (eriti peamist soojusvahetit). Süsivesinikud kujutavad hapnikurikkas{2}}keskkonnas plahvatusohtu.
Põhiseadmed ja protsessid:
Precooling System: Utilizing cooling towers or mechanical refrigeration units (chillers), compressed air is cooled from the high outlet temperature (>100 kraadi ) kuni peaaegu -ümbritseva temperatuurini (~10-30 kraadi) vesijahutusega soojusvahetite või otsekontaktiga jahutustornide kaudu, mis kondenseerivad ja eraldavad suurema osa vedelast veest.
Puhastussüsteem: kaasaegsed ASU-d kasutavad peaaegu eranditult kahte (või mitut) molekulaarsõeladsorberit. Adsorbent (peamiselt alumiiniumoksiidi ja tseoliidi molekulaarsõelad) adsorbeerib toatemperatuuril selektiivselt niiskust, CO₂, enamikku süsivesinikke ja N2O. Kahe -torni konstruktsioon tagab, et samal ajal, kui üks torn adsorbeerib, soojendatakse, regenereeritakse ja jahutatakse teist torni väikese koguse kuiva tootegaasi (või kuuma õhu) abil, tagades pideva ja katkematu gaasivarustuse. See süsteem on seadme pikaajalise -turvalise ja stabiilse töö tagamiseks ülioluline.
Peamine soojusvaheti süsteem:
Funktsioon: Võimaldab tõhusat soojusvahetust kuumade ja külmade vedelike vahel. Selle põhiülesanne on sügav-jahutada kõrgrõhuga õhku veelduspunkti lähedale (ligikaudu -170 kraadi), soojendades samal ajal madala temperatuuriga tootegaase (hapnik, lämmastik ja saastunud lämmastik), et vähendada süsteemi külma energiatarbimist peaaegu maksimaalselt.
Põhivarustus: alumiiniumist plaat{0}}soojusvahetid (BAHX) on domineeriv valik. Need pakuvad suurt kompaktsust, suurepärast soojusülekande efektiivsust, tugevat survekindlust ja kerget disaini. Mitu suurt plaat{3}}soojusvaheti moodulit on tavaliselt integreeritud südamiku jahutusseadmetega, nagu destilleerimiskolonnid, kõrgelt isoleeritud külmkastis, et minimeerida jahutuskadusid.
Destilleerimiskolonni süsteem (krüogeenne südamik):
Funktsioon: põhiseade õhukomponentide lõplikuks eraldamiseks ja puhastamiseks.
Tüüpiline struktuur:
Kõrgrõhu{0}}kolonn (alumine kolonn): võtab vastu põhisoojusvahetist kõrgrõhu{1}}õhu, mis on jahutatud selle veeldumispunkti lähedale. Esialgne eraldamine toimub sellel rõhul, tekitades ülaosas kõrge -puhtusastmega lämmastikgaasi ja alumises osas hapnikuga -rikastatud vedelat õhku (ligikaudu 35–40% O₂).
Madala-rõhuga kolonn (ülemine kolonn): võtab vastu hapnikuga-rikastatud vedelat õhku alumisest kolonnist (mida vähendatakse drosselklapi abil) ja kõrge -puhtusega lämmastikgaasi alumise kolonni ülaosast (vedeldatud kondensaatori aurustiga). Lõplik destilleerimine toimub peaaegu -normaalsel rõhul (atmosfäärirõhust veidi kõrgemal). Ülaosas toodetakse kõrge-puhtusastmega gaasilist lämmastikku (gaasi või vedelikku) ja põhjas kõrge-puhtusega hapnikku (gaasi või vedelikku). Kondensaator/aurusti on ülemist ja alumist kolonni ühendav põhikomponent, mis kasutab alumise kolonni ülaosas asuva lämmastikgaasi kondensatsioonisoojust ülemise kolonni põhjas oleva vedela hapniku aurustamiseks.
Toor-/rafineeritud argooni kolonn: suured ASU-d ekstraheerivad tavaliselt ülemise kolonni keskelt argooni fraktsiooni, mis sisaldab ligikaudu 8-12% argooni. Esiteks eemaldab toorargooni kolonn (mis koosneb tavaliselt kahest etapist) suurema osa hapnikust, et toota toorargooni (sisaldab O2 < 2 ppm, N2 < 100 ppm). Seejärel siseneb toorargoon rafineeritud argooni kolonni, kus katalüütiline hüdrogeenimine (või krüogeenne destilleerimine) eemaldab hapniku ja edasine fraktsioneerimine eemaldab lämmastiku, saades lõpuks kõrge puhtusastmega vedela argooni (99,999% või suurem).
Kaalutlused: Kolonni tõhusus (aluse/pakendi valik), vedeliku jaotus, rõhu reguleerimine ja üleujutuste/lekke vältimine on peamised konstruktsioonikaalutlused.
Laiendussüsteem:
Funktsioon: see on põhiline külmutusseade, mis tagab kogu krüogeense süsteemi jaoks vajaliku jahutusvõimsuse. Kõrgsurvegaasi adiabaatilise paisumise põhimõte välise töö tekitamiseks (generaatori või piduriventilaatori käitamine) põhjustab gaasi temperatuuri järsu languse (Joule-Thomsoni efekt).
Põhivarustus: turboekspander on põhivool. Põhisoojusvaheti keskmisest sektsioonist pärit kõrgsurveõhk (või lämmastik), mis ei ole veel täielikult vedeldunud, juhitakse paisumisse, kus see paisub kiiresti madalale rõhule (ülemise kolonni rõhu lähedale), mistõttu temperatuur langeb järsult allapoole veelduspunkti. See tekitab suures koguses vedelat õhku (või vedelat lämmastikku), mis täiendab jahutusvõimsust, et kompenseerida soojuslekkekadusid ja jahutust, mida toode kaasa kannab. Laiendaja efektiivsus mõjutab otseselt seadme energiatarbimist.
Toote säilitamise ja aurustamise süsteem:
Funktsioon: Tootmise ja nõudluse kõikumiste tasakaalustamine, stabiilse gaasivarustuse tagamine; vedelate toodete pakkumine.
4. Õhueraldusseadmete laialdased kasutusalad
ASU toodetel on lai valik rakendusi, mis mõjutavad põhjalikult paljusid kaasaegse ühiskonna sambaid:
Metalli sulatamine ja töötlemine:
Teras: kõrge{0}}puhtusastmega hapnik on põhiliste hapnikuahjude (BOF) terase tootmise põhitooraine, mis parandab oluliselt tõhusust, vähendab energiatarbimist ja lisandeid. Lämmastikku kasutatakse ahju voodri puhastamiseks, pidevaks valamise kaitseks ja atmosfääri kuumtöötlemiseks. Argooni kasutatakse argooni hapniku dekarburiseerimisel (AOD) roostevaba terase ja eriteraste rafineerimiseks.
Värvilised metallid: hapnikku kasutatakse hapniku põletamiseks (vase, alumiiniumi, plii ja tsingi sulatamiseks), kiirsulatamiseks, ülepuhumisel sukelsulatamiseks ja muudeks protsessideks, et parandada sulatamise intensiivsust ja termilist efektiivsust. Lämmastikku kasutatakse kaitsva atmosfäärina.
Keemia- ja naftakeemiatööstus:
Põhikemikaalid: hapnikku kasutatakse kivisöe gaasistamisel (sünteetiline ammoniaak, metanool ja vesinik), tõhustatud põlemisel etüleeni krakkimisahjudes ja väävelhappe/lämmastikhappe tootmisel. Lämmastikku kasutatakse puhastamiseks, inertimiseks, tihendamiseks, kandegaasi ja rõhu ülekandmiseks.
Kivisöe keemiatööstus: kivisöe laiaulatuslik-gaasistamine (IGCC, kivisüsi-vedelikeks{2}}ja kivisüsi-olefiinid{4}}) nõuab gaasistamiseks suures koguses kõrge-puhtusastmega hapnikku.
Nafta rafineerimine: hapnikku kasutatakse hapnikuga{0}}rikastatud regenereerimiseks keevkatalüütilise krakkimise (FCC) regeneraatorites ja viivitatud koksimises. Lämmastikku kasutatakse laialdaselt ohutuks puhastamiseks ja inertimiseks. Elektroonika ja pooljuhid:
Ultra-Kõrge puhtusastmega gaasid: sellised gaasid nagu lämmastik, hapnik, argoon ja vesinik nõuavad puhtuse tasemeni ppb (parts per miljardi) või isegi ppt (osasid triljoni kohta), et kasutada neid kriitilistes protsessides vahvlite tootmisel, nagu litograafia, söövitus, keemiline aurustamine-sadestamine (CVD), ioonide implanteerimine, purgean kaitse. 6. ASU-d on esiotsa kõrge{2}}puhtusastmega gaaside peamine allikas.
Tervishoid:
Meditsiiniline hapnik: haiglate tsentraliseeritud hapnikusüsteemid, kodune hapnikuravi, erakorralised meditsiiniteenused ja anesteesiaventilaatorid toetuvad ASU-dele, et saada kõrge{0}}puhtusastmega hapnikku, mis vastab rangetele farmakopöa standarditele.
Muud meditsiinilised gaasid: Vedelat lämmastikku kasutatakse meditsiiniliseks külmsäilitamiseks (rakkude, kudede, sperma ja munarakkude säilitamiseks) ja kirurgiliste krüokirurgide jaoks. Meditsiiniseadmete tootmisel kasutatakse kõrge-puhtusastmega lämmastikku.
Toit ja jook:
Toidu-klassi lämmastik: toidugaaside perekonna põhiliikmena kasutatakse seda laialdaselt:
Modified Atmosphere Packaging (MAP): see asendab pakendis hapnikku, pärssides mikroobide kasvu ja oksüdatsiooni, pikendades oluliselt toiduainete (liha, puu- ja köögiviljad, suupisted, kohv ja piimatooted) säilivusaega. Lämmastikuga täidis värskuse säilitamiseks: oksüdeerumise ja riknemise vältimiseks lisatakse lämmastikku joogi (õlu, mahl) ja toiduõli anumate ülaossa.
Tühjendamine ja puhastamine: loob inertse kaitsva atmosfääri toiduainete töötlemisel, säilitusmahutites ja torustikes.
Vedel lämmastik: kasutatakse toidu kiireks külmutamiseks (maitse ja toitainete säilitamiseks), külmahela transportimiseks ja madalal{0}}temperatuuril jahvatamiseks (vürtside jms jaoks).
Energeetika ja keskkonnakaitse:
Hapniku-rikastatud põletamine/puhta hapniku põletamine: kasutatakse tööstuslikes ahjudes, nagu kivisöe--/gaasi-küttel töötavad elektrijaamad, klaasisulatusahjud ja tsemendiahjud, see tõstab leegi temperatuuri ja põlemise efektiivsust, vähendab kütusekulu ja tekitab kõrge kontsentratsiooniga CO2-gaasi. hilisem püüdmine (CCUS).
Söe gaasistamine/IGCC: ASU on integreeritud söe gaasistamise kombineeritud tsükliga elektritootmise ja kivisöe keemiatehaste põhiüksus.
Reoveepuhastus: hapnikuga-rikastatud aeratsiooni või puhta hapnikuga aeratsioonitehnoloogia kasutamine parandab oluliselt reoveepuhastusvõimet, -tõhusust ja -stabiilsust, eriti kõrge-kontsentratsiooniga orgaanilise reovee. 7. töötlemisel. NEWTEK: teie õhueraldusüksuse EPC ja võtmed kätte lahenduste ekspert
Õhueraldusseadmete sektoris ulatub projekti edu palju kaugemale õige tehnoloogia valikust. Suured ja keerukad tööstuslikud õhueraldusprojektid hõlmavad arvukalt spetsiaalseid liideseid (protsess, seadmed, torustik, elektri-, mõõteriistad, tsiviilehitus, paigaldus ja kasutuselevõtt), rangeid regulatiivseid standardeid (ohutus- ja keskkonnakaitse), täpset ajakava juhtimist ja ulatuslike ressursside koordineerimist. See on NEWTEKi põhiväärtus-pakkume otsast-otsani-EPC-d (inseneritööd, peatöövõtt) ja käivitusvalmis lahendusi kontseptuaalsest kavandamisest kuni stabiilse tööni.
5. NEWTEK: teie õhueraldusüksuse EPC ja võtmed kätte lahenduste ekspert
Õhueraldusseadmete sektoris ulatub projekti edu palju kaugemale õige tehnoloogia valikust. Suured ja keerukad tööstuslikud õhueraldusprojektid hõlmavad arvukalt spetsiaalseid liideseid (protsess, seadmed, torustik, elektri-, mõõteriistad, tsiviilehitus, paigaldus ja kasutuselevõtt), rangeid regulatiivseid standardeid (ohutus- ja keskkonnakaitse), täpset ajakava juhtimist ja ulatuslike ressursside koordineerimist. See on NEWTEKi põhiväärtus-pakkume otsast-otseni-EPC-d (inseneritöö, projektiehitus) ja käivitusvalmis lahendusi kontseptuaalsest kavandamisest kuni stabiilse tööni.
6. Järeldus: tööstuse tuleviku mõjuvõimu suurendamine
Õhueraldusseadmed on kaasaegse tööstustsivilisatsiooni "gaasi süda". Tänu tehnoloogilistele edusammudele ja tööstuslikele uuendustele kasvab nõudlus kõrge-puhtusega, mitmekesiste, suuremahuliste-ja madalate{3}}kuluga tööstusgaaside järele, mis seab kõrgemad nõudmised nende seadmete tõhususele, töökindlusele, ohutusele ja keskkonnamõjudele. Õige tehnilise tee valimine on ülioluline, samas kui tugeva ressursside integreerimise võimega ja ulatusliku insenerikogemusega partneri valimine on projekti edu jaoks ülioluline.
Professionaalse EPC-teenuse pakkujana gaasitehnika valdkonnas on NEWTEK pühendunud oma integreeritud, spetsialiseeritud ja kohandatud õhueraldusseadme EPC ja käivituskätte lahenduste kaudu aitama klientidel ületada keerukate tööstusprojektide arvukad väljakutsed. Oleme enamat kui lihtsalt seadmete tarnija või disainiinstituut; oleme teie projekti edukuse nõustaja-lõpuni-. Alates plaanist kuni stabiilse gaasivooluni tagab NEWTEK, et teie õhueraldusüksuse investeering toob kaasa tõhusa tootlikkuse, usaldusväärse tarneahela ja märkimisväärse majandusliku kasu, luues teile tugeva "gaasi" aluse konkureerimiseks ägeda konkurentsiga turul.
