Krüogeense õhu eraldamise (CES) tehnoloogia on tänapäevases tööstuses peamine tööstuslike gaaside, nagu hapnik, lämmastik ja argoon, saamiseks. Eraldades õhu madalatel temperatuuridel, saab suures mahus toota kõrge-puhtusastmega hapnikku, lämmastikku ja argooni, mis vastab selliste tööstusharude nagu terase-, kemikaali-, elektroonika- ja energiatööstuse erinevatele tööstusgaasivajadustele. See aruanne selgitab krüogeense õhu eraldamise põhimõtteid ja protsessi voogu, keskendudes selle tüüpilistele rakendustele erinevates tööstusharudes, tehnoloogilistele arengusuundadele ja inseneripraktika kogemustele.
Sisukord
Krüogeense õhu eraldamise põhiprintsiibid
Protsessi voog ja põhielemendid
Tüüpiline tehase mastaap ja tööstusareng
Rakendused terasetööstuses
Rakendused keemiatööstuses
Rakendused elektroonikatööstuses
Rakendused energiatööstuses
Tehnoloogia arengu suundumused ja inseneripraktika
Kokkuvõte
1. Krüogeense õhu eraldamise põhiprintsiibid
Õhk koosneb peamiselt lämmastikust (ligikaudu 78%), hapnikust (ligikaudu 21%) ja vähesel määral argoonist (ligikaudu 0,9%). Hapniku, lämmastiku ja argooni keemistemperatuurid erinevad oluliselt (lämmastik ≈ -196 kraadi, argoon ≈ -186 kraadi, hapnik ≈ -183 kraadi), mis annab teoreetilise aluse krüogeense destilleerimise eraldamiseks. Krüogeenne õhueraldus kasutab seda omadust, saavutades samaaegselt kõrge puhtusastmega hapniku, lämmastiku ja argooni tootmise õhuga veeldamise ja mitmeastmelise destilleerimisega eraldamise teel. Võrreldes selliste meetoditega nagu membraanide eraldamine või rõhumuutusega adsorptsioon, pakub krüogeenne õhueraldus, kuigi energiamahukas, eeliseid, nagu suur väljund, kõrge puhtusaste ja võime samaaegselt ekstraheerida haruldasi gaase, muutes selle peavoolu tehnoloogiaks suuremahulises tööstusliku gaasi tootmises.
2. Protsessi voog ja põhietapid
Krüogeense õhu eraldamise protsess hõlmab peamiselt järgmisi samme:
Õhu kokkusurumine ja puhastamine
Ümbritsev õhk surutakse esmalt kompressoriga ning lisandid, nagu niiskus ja süsinikdioksiid, eemaldatakse, et vältida jäätumist ja seadmete ummistumist madalal{0}}temperatuuril.
Jahutamine ja veeldamine
Õhk jahutatakse jahutustsükli kaudu selle veeldustemperatuurini, tekitades vedelat õhku, et saada lähteainet järgnevaks destilleerimiseks.
Kõrg- ja madalrõhu-destilleerimise eraldamine
Vedel õhk siseneb fraktsioneerimiseks kõrg-{0}}- ja madalrõhuga-destilleerimiskolonnidesse. Kõrgrõhu-kolonni ülaosas on lämmastik rikastatud, alumine aga hapnikku{4}}sisaldav vedelik. Hapnikku-sisaldav vedelik siseneb edasiseks destilleerimiseks madalrõhukolonni-, saades lõpuks kõrge-puhtusega hapnikku ja lämmastikku.
Kõrvalsaadusena eemaldatakse argoon madala rõhuga kolonni kõrvalvoolust ja puhastatakse edasi argooni destilleerimiskolonnis.
Through multi-stage distillation, high-purity oxygen (>99.9%), high-purity nitrogen (>99,9%) ja tööstuslikku argooni saab toota samaaegselt, saavutades mitmekesise tarne tööstuslike vajaduste jaoks.
3. Tüüpiline tehase mastaap ja tööstuslik areng
Alates selle industrialiseerimisest 20. sajandi alguses on krüogeense õhueraldustehnoloogia tehase ulatus pidevalt laienenud. 1902. aastal võeti kasutusele esimene tööstuslik hapnikugeneraator, mis võimaldas toota vedelat hapnikku. Tänapäeval on ühe suuremahulise-õhueraldusseadme hapnikutootmisvõimsus 5000 tonni päevas, mis teeb sellest ühe maailma suurima õhueraldusseadme. Suuremahulisi-hapnikuvarustussüsteeme kasutatakse tavaliselt terase tootmisbaasides, keemiatööstusparkides ja energiaettevõtetes, mis tagavad stabiilse kõrge-puhtusastmega gaaside tarnimise, toimides päästerõngana tänapäevasele tööstuslikule tootmisele.
4. Rakendused terasetööstuses
Terase tootmisprotsessil on suur hapnikuvajadus:
Kõrgahju raua valmistamine: kõrgahju hapnikuga rikastamise kiiruse suurendamine tõstab põlemistemperatuuri, kiirendab lisandite oksüdeerumist ja parandab raua valmistamise efektiivsust.
Konverteri terase tootmine: puhta hapniku süstimine sulaterasse suurendab toodangut ja rafineerimiskiirust.
Hapnikutarbimine: 1 tonni konverterterase tootmiseks on vaja umbes 50 kuupmeetrit või rohkem hapnikku. Suured terasetehased ehitavad tavaliselt oma õhueraldusjaamad, et tagada pidev tarne.
Lämmastikku kasutatakse terasetööstuses inertse kaitse- ja puhastusgaasina:
Sulaterase kaitsmine pideva valamise ajal, et vältida õhu oksüdeerumist;
Plahvatuskindel{0}}kõrgahju pulbristatud kivisöe sissepritse ja konvertergaasi regenereerimine;
Ohutuse tagamine torujuhtmete puhastamisega seiskamishoolduse ajal.
Argooni kasutatakse peamiselt kulbiga rafineerimisel (nagu AOD rafineerimine), lisandite eemaldamisel ja sulaterase homogeniseerimisel selle segamise teel. Suured teraseettevõtted kasutavad kõrgahjude, konverterite ja rafineerimisprotsesside pideva töö tagamiseks mitut õhueraldusseadet.
5. Rakendused keemiatööstuses
Keemiatööstuses pakuvad krüogeensed õhueraldusseadmed hapnikku, lämmastikku ja argooni, mida kasutatakse laialdaselt:
Hapnikku kasutatakse krakkimises, osalises oksüdatsioonireaktsioonis ja põletusprotsessides;
Lämmastik loob inertse atmosfääri, et vältida plahvatusi või oksüdeerumist keemiliste reaktsioonide käigus;
Stabiilse reaktsioonikeskkonna tagamiseks kasutatakse argooni spetsiaalsetes sünteesireaktsioonides või kõrge{0}}puhtusega keemilistes protsessides.
Keemiatööstusparkides on tavaliselt suured õhueraldusjaamad, et tagada pidev ja stabiilne gaasivarustus kogu tootmisliini ulatuses.
6. Rakendused elektroonikatööstuses
Elektroonika- ja pooljuhtide tööstuses on ülimalt kõrged nõudmised kõrge{0}}puhtusastmega gaasidele:
Lämmastikku kasutatakse inertse kaitsegaasina, et vältida protsessi materjalide oksüdeerumist;
Argooni kasutatakse kandegaasina või kaitsegaasina õhukese kile sadestamise, pakendamise ja pooljuhtide tootmisel;
Hapnik aitab fotolitograafia- ja söövitusprotsesside{0}}täpsetel reaktsioonidel.
Krüogeensete õhueraldusseadmete kõrge puhtus ja kõrge stabiilsus muudavad need elektroonikatööstuse jaoks asendamatuks tööstusgaaside allikaks.
7. Rakendused energiatööstuses
Energiatööstuse nõudlus tööstusgaaside järele keskendub peamiselt:
Põlemisel tekkiv hapnikuga varustamine: gaasiturbiinid ja kivisöe{0}}küttel töötavad elektrijaamad võivad parandada põlemistõhusust, kasutades põlemise soodustamiseks hapnikku;
Inertne kaitse: lämmastikku kasutatakse plahvatuskaitseks hoidlates, torustikes ja reaktsioonisüsteemides;
Veeldatud gaasi rakendused: Vedel hapnik ja vedel lämmastik mängivad võtmerolli energia salvestamisel, ülijuhtivusel ja uutel energiatehnoloogiatel.
Suuremahulised{0}}energiaprojektid on tavaliselt varustatud õhueraldusseadmetega, et ühendada energiatootmine tööstusliku gaasivarustusega.
8. Tehnoloogia arengu suundumused ja inseneritavad
Hiljutised arengusuundumused krüogeense õhu eraldamise tehnoloogias hõlmavad järgmist:
Ühikute-suurendamine: suurema väljundi ja väiksema energiatarbimise saavutamine õhueraldusseadmete ühiku kohta;
Intelligentseerimine ja automatiseerimine: DCS/PLC-süsteemide kasutuselevõtt ööpäevaringse pideva töö ja reaalajas{2}}seire saavutamiseks;
Energiatagastuse optimeerimine: üldise energiatarbimise vähendamine laiendajate, turbiinide ja soojusvahetite optimeeritud disaini kaudu;
-Tootearenduse järgi: argooni ja muude haruldaste gaaside regenereerimisseadmete lisamine majandusliku väärtuse suurendamiseks.
Inseneripraktika on näidanud, et seadme mõistlik konfiguratsioon, täpne gaasipuhastus ja külmkasti disain on seadmete tõhusa ja stabiilse töö tagamiseks võtmetähtsusega.
9. Järeldus
Krüogeense õhueraldustehnoloogia abil saavutatakse kõrge-puhtusastmega hapniku, lämmastiku ja argooni laiaulatuslik-tootmine õhu madalal-temperatuuril destilleerimise teel ning sellest on saanud kaasaegse terase-, keemia-, elektroonika- ja energiatööstuse põhitagatis. Selle eelised seisnevad selle suures ulatuses, suures gaasipuhtuses ja võimes samaaegselt ekstraheerida haruldasi gaase. Terasetööstus tugineb õhueraldusseadmetele, et tagada raua-, terase- ja rafineerimisprotsesside pidev ja tõhus toimimine; keemiatööstus tagab reaktsiooniohutuse ja toote kvaliteedi; elektroonikatööstus vastab nõudlusele kõrge puhtusastmega gaaside järele; ja energiatööstus parandab põlemise tõhusust ja ohutust. Pideva tehnoloogilise optimeerimise ja intelligentse juhtimise arendamisega mängib krüogeenne õhueraldus ka edaspidi olulist rolli tööstuslikus tootmises.
