1. Įvadas: Oro atskyrimo vienetų strateginis vaidmuo
Oro atskyrimo įrenginys (ASU) yra esminė šiuolaikinės pramonės pagrindinės infrastruktūros dalis. Vykdydamas sudėtingus fizinius ir cheminius procesus, jis atskiria ir išvalo visur esantį atmosferos orą į dujas -aukšto-grynumo deguonį (O₂), azotą (N₂) ir argoną (Ar), be kita ko,- ir lanksčiai tiekia jas skystu arba dujiniu pavidalu. Šis procesas ne tik visiškai išnaudoja gamtos išteklius, bet ir yra kertinis akmuo efektyvioms, švarioms ir saugioms operacijoms daugelyje pagrindinių pramonės sektorių. Nuo degančių plieno gamybos krosnių iki gyvybę tausojančio medicininio deguonies, nuo fotolitografijos ir pažangiausių puslaidininkių ėsdinimo iki inertinės atmosferos, kuri išsaugo maistą, ASU suteikiamas „pramoninis gyvybės kraujas“ persmelkia visus nacionalinės ekonomikos ir technologijų plėtros aspektus. Jų technologinis meistriškumas ir veiklos patikimumas tiesiogiai veikia tolesnių pramonės šakų konkurencingumą ir tvarią plėtrą.
2. Pagrindinės atskyrimo technologijos: principai ir pritaikomumas
ASU oro atskyrimas visų pirma priklauso nuo šių trijų pagrindinių technologijų metodų, kurių kiekvienas turi savo unikalius principus, pranašumus ir taikomus scenarijus:
Kriogeninis distiliavimas:
Principas: tai aukso standarto technologija, skirta didelio{0}}labo grynumo{1}}dujoms gaminti. Jo pagrindinis principas yra išnaudoti didelius oro komponentų (pirmiausia azoto, deguonies ir argono) virimo temperatūros skirtumus (N₂: -195,8 laipsniai, O₂: -183 laipsniai, Ar: -185,9 laipsniai). Procesas yra labai integruotas: aplinkos ore vyksta kelių{14}pakopų suspaudimas ir slėgio didinimas. Tada jis atšaldomas iki beveik suskystinimo taško arba iki jo (maždaug -172–190 laipsnių), naudojant gilų išankstinį aušinimą ir pagrindinį šilumokaitį. Tada suskystintas oras patenka į distiliavimo kolonėlės sistemą (paprastai dviejų kolonėlių struktūra – aukšto slėgio apatinė kolona ir žemo slėgio viršutinė kolonėlė).
Distiliavimo procesas: Distiliavimo kolonėlėje dujos ir skystosios fazės stipriai veikia priešpriešinę srovę ant padėklų arba pakuotės. Azotas, kurio virimo temperatūra yra žemiausia, pirmiausia išgaruoja ir pakyla į bokšto viršų, sudarydamas didelio -grynumo azoto produktą. Deguonis, kurio virimo temperatūra yra aukštesnė, linkęs koncentruotis skystoje fazėje apačioje. Bokšte vykstant daugkartiniams dalinio garavimo ir kondensacijos procesams, komponentai palaipsniui išvalomi. Galiausiai aukšto-grynumo azotas (siekiantis daugiau nei 99,999 %) gaunamas žemo-slėgio viršutinio bokšto viršuje, o aukšto -grynumo skystas deguonis gaunamas apačioje. Argonu{10}}prisodrinta frakcija paprastai išimama iš viršutinio bokšto vidurio ir tiekiama į atskirą argono kolonėlę tolesniam distiliavimui ir gryninimui, kad būtų gautas didelio grynumo skystas argonas.
Privalumai: itin-didelis apdorojimo pajėgumas (iki šimtų tūkstančių Nm³/h O₂), didelis produkto grynumas (ypač deguoniui, azotui ir argonui), lanksti produkto forma (skystis/dujos), vienu metu gaminamos kelios didelio -grynumo dujos ir palyginti mažas energijos suvartojimas (dideliu mastu).
Taikymas: didelio masto{0}}pramoninių dujų gavyba (plieno, chemijos, anglies chemijos pramonė), aukšti grynumo reikalavimai (elektronika, medicina) ir programos, kurioms reikalingas skystas azotas / skystasis deguonis (SGD šaltos energijos naudojimas, raketinis raketinis kuras). Slėgio svyravimo adsorbcija (PSA):
Principas: išnaudojami specifinių adsorbentų (tokių kaip anglies molekuliniai sietai ir ceolito molekuliniai sietai) adsorbcijos pajėgumo arba difuzijos greičio skirtumai skirtingoms oro dujų molekulėms. Kaip pavyzdį imant azoto gamybą, anglies molekuliniai sietai turi daug didesnį deguonies adsorbcijos pajėgumą ir difuzijos greitį nei azoto. Suslėgtam orui patekus į adsorbcijos bokštą, užpildytą anglies molekuliniais sietais, molekulinių sietų porose greitai adsorbuojamas deguonis, vandens garai, anglies dioksidas ir kitos dujos, o azotas iš bokšto išteka kaip produktų dujos. Kai adsorbentas artėja prie prisotinimo, adsorbuotos dujos išsiskiria greitai mažinant bokšto slėgį (desorbcija / regeneracija). Paprastai lygiagrečiai veikia du ar daugiau adsorbcijos bokštų su programuojamu vožtuvų perjungimu, kad būtų pasiekti nuolatiniai adsorbcijos ir regeneravimo ciklai, dėl kurių nuolat gaminamas azotas.
Privalumai: gana paprasta proceso eiga, greitas paleidimas, didelis eksploatavimo lankstumas, santykinai mažos investicijos (mažoms ir vidutinėms svarstyklėms), didelis automatizavimo laipsnis ir gana lengva priežiūra. Taikymas: mažo- ir vidutinio-azoto poreikiai (95 %-99,999 % grynumas), dujų gamyba vietoje-, taikymas, kuriam taikomi ne tokie griežti deguonies grynumo reikalavimai (pvz., deguonimi praturtinta aeracija nuotekų valymui) ir scenarijai, reikalaujantys greito atsako. PSA deguonies gamybos technologija taip pat tobulėja.
Membranos atskyrimas:
Principas: naudojamas tuščiaviduris pluoštas arba plokščios membranos, pagamintos iš specializuotų polimerų arba neorganinių medžiagų. Šios membraninės medžiagos turi selektyvų dujų pralaidumą. Kai suslėgtas oras teka per vieną membranos pusę, dujų molekulės, kurių prasiskverbimas yra greitesnis (pavyzdžiui, deguonis ir vandens garai), pirmiausia ištirpsta ir difunduoja per membranos sienelę, koncentruodamosi kitoje pusėje (permeato pusėje). Dujų molekulės su lėtesniu prasiskverbimu (pvz., Azotas) sulaikomos ir koncentruojamos tiekimo pusėje (retentato pusėje), taip pasiekiamas atskyrimas. Dažniausiai naudojamas praturtinto azoto (N₂) gamyba.
Privalumai: itin paprasta ir kompaktiška įrangos struktūra, nėra judančių dalių, itin paprastas valdymas, greitas paleidimas, lengvas svoris, mažas triukšmas ir minimalios investicijos (mažos{0}}gamybos mastu). Taikymas: mažo-masto, mažo-grynumo azoto poreikis (95 %-99,5 %), ribotos erdvės aplinka (pvz., talpyklos ir mobilioji įranga), prietaisų apsauginės dujos ir maisto pakuočių prapūtimo dujos.
3. Išsamus oro atskyrimo įrenginio pagrindinių sistemos komponentų paaiškinimas
Išbaigtas modernus didelio{0}}kriogeninio oro atskyrimo įrenginys (pagrindinė technologija) yra labai integruotas, sudėtingas sistemos inžinerijos projektas, kurį pirmiausia sudaro šie pagrindiniai posistemiai:
Oro suspaudimo sistema:
Funkcija: suteikia energijos šaltinį visam atskyrimo procesui, įtraukiant aplinkos orą ir suspaudžiant jį iki reikiamo aukšto slėgio (paprastai nuo kelių iki dešimčių barų).
Pagrindinė įranga:
Main Air Compressor: Performs the majority of the compression work. Large ASUs (>10 000 Nm³/h O₂) paprastai naudoja didelio -efektyvumo, didelio- srauto, kelių- pakopų išcentrinius kompresorius (varomus garu / varikliu), papildytus pažangia aerodinamine konstrukcija ir sparnuotės medžiagomis. Vidutinio- masto įrenginiuose gali būti naudojami kelių-pakopių išcentriniai arba didelio{8}}efektyvumo sraigtiniai kompresoriai. Mažuose įrenginiuose gali būti naudojami stūmokliniai arba sraigtiniai kompresoriai.
Stiprinimo / pakartotinio suspaudimo sistema: tiekia aukšto{0}}slėgio orą į plėtiklį arba padidina produkto dujų slėgį. Svarstymai: veiksmingumas (pagrindinės energijos suvartojimas), patikimumas, viršįtampių valdymas, triukšmo mažinimas ir pavaros metodas (garų turbina, elektros variklis, dujų turbina) yra pagrindiniai pasirinkimo ir projektavimo veiksniai.
Oro išankstinio aušinimo ir valymo sistema:
Funkcija: iš suspausto oro pašalina nešvarumus, tokius kaip drėgmė, anglies dioksidas, angliavandeniliai (pvz., acetilenas) ir azoto oksidas (N2O). Šios priemaišos gali užšalti ir užkimšti įrangą bei vamzdynus (ypač pagrindinį šilumokaitį) esant žemai temperatūrai. Angliavandeniliai kelia sprogimo pavojų aplinkoje, kurioje gausu deguonies.
Pagrindinė įranga ir procesai:
Precooling System: Utilizing cooling towers or mechanical refrigeration units (chillers), compressed air is cooled from the high outlet temperature (>100 laipsnių ) iki beveik -aplinkos temperatūros (~10-30 laipsnių) per vandeniu aušinamus šilumokaičius arba tiesioginio kontakto aušinimo bokštus, kondensuojančius ir atskiriant didžiąją dalį skysto vandens.
Valymo sistema: Šiuolaikiniai ASU beveik išimtinai naudoja dvigubus (arba kelis) molekulinius sietus adsorberius. Adsorbentas (pirmiausia aliuminio oksido ir ceolito molekuliniai sietai) selektyviai adsorbuoja drėgmę, CO₂, daugumą angliavandenilių ir N2O kambario temperatūroje. Dvigubo -bokšto konstrukcija užtikrina, kad kol vienas bokštas vykdo adsorbciją, kitas bokštas šildomas, regeneruojamas ir aušinamas naudojant nedidelį kiekį sausų produktų dujų (arba karšto oro), užtikrinant nuolatinį ir nenutrūkstamą dujų tiekimą. Ši sistema yra labai svarbi norint užtikrinti ilgalaikį, saugų ir stabilų įrenginio veikimą-.
Pagrindinė šilumokaičio sistema:
Funkcija: užtikrina efektyvų šilumos mainą tarp karštų ir šaltų skysčių. Pagrindinė jo funkcija yra giliai-atvėsinti išvalytą aukšto slėgio orą iki beveik suskystinimo taško (apie -170 laipsnių), tuo pat metu šildant žemos temperatūros produktų dujas (deguonį, azotą ir užterštą azotą), kad beveik sumažėtų aplinkos temperatūra ir maksimaliai sumažintų energijos suvartojimą sistemoje.
Pagrindinė įranga: dominuojantis pasirinkimas yra aliuminio plokšteliniai{0}}šilumokaičiai (BAHX). Jie pasižymi dideliu kompaktiškumu, puikiu šilumos perdavimo efektyvumu, stipriu atsparumu slėgiui ir lengvu dizainu. Norint sumažinti aušinimo nuostolius, keli dideli plokšteliniai-pelekiniai šilumokaičių moduliai paprastai integruojami su šerdies aušinimo įranga, pvz., distiliavimo kolonėlėmis.
Distiliavimo kolonėlės sistema (kriogeninė šerdis):
Funkcija: pagrindinė įranga, skirta galutiniam oro komponentų atskyrimui ir valymui.
Tipinė struktūra:
Aukšto{0}}slėgio kolonėlė (apatinė kolonėlė): gauna aukšto-slėgio orą iš pagrindinio šilumokaičio, atšaldomą iki beveik suskystinimo taško. Pradinis atskyrimas atliekamas esant tokiam slėgiui, todėl viršuje susidaro didelio -grynumo azoto dujos, o apačioje - skystas oras, praturtintas deguonimi (apie 35–40 % O₂).
Žemo-slėgio kolonėlė (viršutinė kolonėlė): gauna deguonimi{1}}prisodrintą skystą orą iš apatinės kolonėlės (sumažinamas droselio vožtuvu) ir aukšto -grynumo azoto dujas iš apatinės kolonėlės viršaus (suskystintas kondensatoriaus garintuvu). Galutinis distiliavimas atliekamas esant beveik -normaliam slėgiui (šiek tiek aukštesniam už atmosferos slėgį). Aukšto-grynumo azoto dujos (dujos arba skystis) susidaro viršuje, o aukšto -grynumo deguonies dujos (dujos arba skystis) – apačioje. Kondensatorius / garintuvas yra pagrindinis komponentas, jungiantis viršutinę ir apatinę kolonas, naudojant azoto dujų kondensacijos šilumą apatinės kolonėlės viršuje, kad išgarintų skystą deguonį viršutinės kolonėlės apačioje.
Neapdoroto / rafinuoto argono kolonėlė: dideli ASU paprastai iš viršutinės kolonėlės vidurio išgauna argono frakciją, kurioje yra maždaug 8{5}}12 % argono. Pirma, neapdoroto argono kolonėlė (paprastai susidedanti iš dviejų pakopų) pašalina didžiąją dalį deguonies, kad susidarytų neapdorotas argonas (kuriame O₂ < 2 ppm, N₂ < 100 ppm). Tada neapdorotas argonas patenka į rafinuoto argono kolonėlę, kur katalizinis hidrinimas (arba kriogeninis distiliavimas) pašalina deguonį, o tolesnė frakcionacija pašalina azotą, galiausiai gaunamas labai grynas skystas argonas (99,999 %) arba didesnis.
Pastabos: kolonėlės efektyvumas (dėklo / pakuotės pasirinkimas), skysčių paskirstymas, slėgio kontrolė ir užtvindymo / nuotėkio prevencija yra pagrindiniai dizaino aspektai.
Išplėtimo sistema:
Funkcija: tai pagrindinė šaldymo įranga, kuri užtikrina aušinimo pajėgumą, reikalingą visai kriogeninei sistemai. Dėl adiabatinio aukšto slėgio dujų plėtimosi principo, kad būtų sukurtas išorinis darbas (varant generatorių arba stabdžių ventiliatorių), dujų temperatūra smarkiai sumažėja (Džaulio{2}}Tomsono efektas).
Pagrindinė įranga: turboexpander yra pagrindinė dalis. Aukšto -slėgio oras (arba azotas) iš pagrindinio šilumokaičio vidurinės dalies, kuris dar nėra visiškai suskystėjęs, patenka į plėtiklį, kur jis greitai išsiplečia iki žemo slėgio (arti viršutinės kolonėlės slėgio), todėl temperatūra smarkiai nukrenta žemiau suskystinimo taško. Taip susidaro didelis kiekis skysto oro (arba skysto azoto), kuris papildo aušinimo pajėgumą, kad kompensuotų šilumos nuotėkio nuostolius ir gaminio nuneštą aušinimą. Plėstuvo efektyvumas tiesiogiai veikia įrenginio energijos sąnaudas.
Produktų laikymo ir garinimo sistema:
Funkcija: Subalansuoja gamybos ir paklausos svyravimus, užtikrina stabilų dujų tiekimą; skystų produktų tiekimas.
4. Plačios oro atskyrimo įrenginių taikymo sritys
ASU produktai turi platų pritaikymo spektrą ir daro didelę įtaką daugeliui šiuolaikinės visuomenės pagrindinių pramonės šakų:
Metalo lydymas ir apdirbimas:
Plienas: didelio{0}}grynumo deguonis yra pagrindinė plieno gamybos pagrindinėse deguonies krosnyse (BOF) žaliava, žymiai pagerinanti efektyvumą, sumažinanti energijos sąnaudas ir priemaišas. Azotas naudojamas krosnies pamušalo valymui, nuolatinei liejimo apsaugai ir atmosferos terminiam apdorojimui. Argonas naudojamas argono dekarbonizacijoje (AOD), siekiant rafinuoti nerūdijantį plieną ir specialųjį plieną.
Spalvotieji metalai -: deguonis naudojamas deguonies deginimui (vario, aliuminio, švino ir cinko lydymui), greitam lydymui, viršutiniam-pučiamam povandeniniam lydymui ir kitiems procesams, siekiant pagerinti lydymosi intensyvumą ir šiluminį efektyvumą. Azotas naudojamas kaip apsauginė atmosfera.
Chemijos ir naftos chemijos pramonė:
Pagrindinės cheminės medžiagos: deguonis naudojamas anglies dujofikavimui (sintetinis amoniakas, metanolis ir vandenilis), sustiprintam degimui etileno krekingo krosnyse ir sieros rūgšties / azoto rūgšties gamybai. Azotas naudojamas valymui, inertavimui, sandarinimui, nešančioms dujoms ir slėgio perdavimui.
Anglies chemijos pramonė: didelio masto-anglies dujinimas (IGCC, anglys-į-skysčius ir anglį-į-olefinus) reikalauja didžiulio kiekio didelio-grynumo deguonies kaip dujinimo agento.
Naftos rafinavimas: deguonis naudojamas deguonimi{0}}prisodrintai regeneracijai skystojo katalizinio krekingo (FCC) regeneratoriuose ir atidėtam koksavimui. Azotas plačiai naudojamas saugiam valymui ir inertavimui. Elektronika ir puslaidininkiai:
Itin -Aukšto grynumo dujos: tokioms dujoms kaip azotas, deguonis, argonas ir vandenilis reikalingas grynumo lygis, siekiantis ppb (milijardo dalių) arba net ppt (trilijono dalių) lygius, kad būtų galima naudoti svarbiuose plokštelių gamybos procesuose, pvz., litografijoje, ėsdinimo, cheminio nusodinimo garais (CVD), jonų implantavimo, puržaninio nusodinimo apsauga. 6. ASU yra pagrindinis didelio-grynumo dujų šaltinis priekinėje dalyje.
Sveikatos priežiūra:
Medicininis deguonis: ligoninės centralizuotos deguonies sistemos, namų deguonies terapija, greitosios medicinos pagalbos paslaugos ir anesteziniai ventiliatoriai – visa tai priklauso nuo ASU, kad gautų aukšto -grynumo deguonį, atitinkantį griežtus farmakopėjos standartus.
Kitos medicininės dujos: Skystas azotas naudojamas medicininiam kriokonservavimui (ląstelėms, audiniams, spermai ir kiaušinėliams išsaugoti) ir chirurginiams kriochirurgams. Aukšto-grynumo azotas naudojamas medicinos prietaisų gamyboje.
Maistas ir gėrimai:
Maisto-klasės azotas: kaip pagrindinis „maisto dujų“ šeimos narys, jis plačiai naudojamas:
Modifikuota atmosferos pakuotė (MAP): ji pakeičia deguonį pakuotėje, slopindama mikrobų augimą ir oksidaciją, žymiai prailgindama maisto produktų (mėsos, vaisių ir daržovių, užkandžių, kavos ir pieno produktų) galiojimo laiką. Azoto užpildymas šviežumui išsaugoti: azoto įpilama į gėrimų (alaus, sulčių) ir kepimo aliejaus indų viršų, kad būtų išvengta oksidacijos ir gedimo.
Užpildymas ir išvalymas: sukuria inertišką apsauginę atmosferą maisto perdirbimo, laikymo rezervuaruose ir vamzdynuose.
Skystas azotas: naudojamas greitam maisto užšaldymui (skoniui ir maistinėms medžiagoms išsaugoti), transportavimui šaltoje grandinėje ir žemos{0}temperatūros malimui (prieskoniams ir kt.).
Energetika ir aplinkos apsauga:
Deguonies-deginimas / gryno deguonies deginimas: naudojamas pramoninėse krosnyse, pvz., anglimi-kūrenamose/dujomis-kūrenamose elektrinėse, stiklo lydymo krosnyse ir cemento krosnyse, padidina liepsnos temperatūrą ir degimo efektyvumą, sumažina degalų sąnaudas ir išskiria daug - koncentruotų CO2 dujų. vėlesniam gaudymui (CCUS).
Anglies dujinimas / IGCC: ASU yra pagrindinis integruoto anglies dujinimo kombinuoto ciklo energijos gamybos ir anglies chemijos gamyklų padalinys.
Nuotekų valymas: naudojant deguonies{0}}prisodrintą aeraciją arba gryno deguonies aeravimo technologiją, žymiai pagerinamas nuotekų valymo pajėgumas, efektyvumas ir stabilumas, ypač apdorojant didelės-koncentracijos organines nuotekas. 7. NEWTEK: Jūsų oro atskyrimo įrenginio EPC ir sprendimų ekspertas.
Oro atskyrimo įrenginių sektoriuje projekto sėkmė neapsiriboja tinkamos technologijos pasirinkimu. Dideli, sudėtingi pramoninio oro atskyrimo projektai apima daugybę specializuotų sąsajų (procesų, įrangos, vamzdynų, elektros, prietaisų, civilinės inžinerijos, montavimo ir paleidimo), griežtus reguliavimo standartus (saugos ir aplinkos apsaugos), tikslią tvarkaraščio kontrolę ir didelių išteklių koordinavimą. Tai yra pagrindinė NEWTEK vertė-mes teikiame galutinius-to-EPP (inžinerijos, generalinės rangos) ir raktų sprendimus – nuo konceptualaus projektavimo iki stabilaus veikimo.
5. NEWTEK: jūsų oro atskyrimo įrenginio EPC ir raktų sprendimų ekspertas
Oro atskyrimo įrenginių sektoriuje projekto sėkmė neapsiriboja tinkamos technologijos parinkimu. Dideli, sudėtingi pramoninio oro atskyrimo projektai apima daugybę specializuotų sąsajų (procesų, įrangos, vamzdynų, elektros, prietaisų, civilinės inžinerijos, montavimo ir paleidimo), griežtus reguliavimo standartus (saugos ir aplinkos apsaugos), tikslią tvarkaraščio kontrolę ir didelių išteklių koordinavimą. Tai yra pagrindinė NEWTEK-vertybė, kurią teikiame nuo galo- iki-EPC (inžinerijos, projektų konstravimo) ir iki galo užbaigtų sprendimų – nuo konceptualaus projektavimo iki stabilaus veikimo.
6. Išvada: pramonės ateities įgalinimas
Oro atskyrimo įrenginiai yra šiuolaikinės pramoninės civilizacijos „dujų širdis“. Tobulėjant technologijoms ir pramoniniams atnaujinimams, didelio-grynumo, įvairių, didelio-masto ir nebrangių-pramoninių dujų paklausa ir toliau auga, todėl šių įrenginių efektyvumas, patikimumas, saugumas ir aplinkosauginis veiksmingumas yra keliami didesni. Labai svarbu pasirinkti tinkamą techninį kelią, o partnerio, turinčio stiprias išteklių integravimo galimybes ir didelę inžinerinę patirtį, pasirinkimas yra labai svarbus projekto sėkmei.
Kaip profesionalus EPC paslaugų teikėjas dujų inžinerijos srityje, NEWTEK yra įsipareigojęs padėti klientams įveikti daugybę sudėtingų pramoninių projektų iššūkių, naudodamas integruotą, specializuotą ir pritaikytą oro atskyrimo įrenginį EPC ir raktus. Esame daugiau nei tik įrangos tiekėjas ar projektavimo institutas; mes esame jūsų projekto sėkmės patarėjas- iki-. Nuo plano iki stabilaus dujų srauto NEWTEK užtikrina, kad investicijos į oro atskyrimo įrenginį virstų efektyviu produktyvumu, patikima tiekimo grandine ir reikšminga ekonomine nauda, padėdamas tvirtą „dujų“ pagrindą, kad galėtumėte konkuruoti aršioje konkurencinėje rinkoje.
