1. Въведение: Стратегическата роля на блоковете за разделяне на въздуха
Устройството за разделяне на въздуха (ASU) е основна част от основната инфраструктура за съвременната индустрия. Чрез сложни физични и химични процеси той разделя и пречиства вездесъщия атмосферен въздух в неговите първични компоненти газове-високо-кислород (O₂), азот (N₂) и аргон (Ar), между другото-и ги доставя гъвкаво в течна или газообразна форма. Този процес не само използва напълно природните ресурси, но също така служи като крайъгълен камък за ефективни, чисти и безопасни операции в множество ключови индустриални сектори. От пламтящите пещи при производството на стомана до живото{6}}спасяващия медицински кислород, от фотолитографията и ецването за най-модерни-полупроводници до инертната атмосфера, която запазва храната, „индустриалната жизнена сила“, осигурена от ASU, прониква във всеки аспект на националното икономическо и технологично развитие. Тяхната технологична мощ и оперативна надеждност пряко влияят върху конкурентоспособността и устойчивото развитие на индустриите надолу по веригата.
2. Технологии за разделяне на ядрото: принципи и приложимост
ASU разделянето на въздуха разчита предимно на следните три основни технологични подхода, всеки със свои уникални принципи, предимства и приложими сценарии:
Криогенна дестилация:
Принцип: Това е златен стандарт за широко{0}}производство на газ с висока-чистота. Неговият основен принцип е да използва значителните разлики в точките на кипене между компонентите на въздуха (предимно азот, кислород и аргон) (N₂: -195,8 градуса, O₂: -183 градуса, Ar: -185,9 градуса). Процесът е силно интегриран: Околният въздух претърпява много-компресия и повишаване на налягането. След това се охлажда близо до или до точката на втечняване (приблизително -172 градуса до -190 градуса) чрез дълбоко предварително охлаждане и основен топлообменник. След това втечненият въздух се въвежда в дестилационна колонна система (обикновено структура с двойна колона - долна колона с високо налягане и горна колона с ниско налягане).
Процес на дестилация: В рамките на дестилационната колона газовата и течната фази преминават през интензивен противотоков контакт върху тарелки или опаковка. Азотът с най-ниска точка на кипене се изпарява предимно и се издига до върха на кулата, образувайки азотен продукт с висока-чистота. Кислородът с по-висока точка на кипене има тенденция да се концентрира в течната фаза на дъното. Чрез множество, повтарящи се процеси на частично изпаряване и кондензация в кулата, компонентите се пречистват постепенно. В крайна сметка азот с висока-чистота (достигащ над 99,999%) се получава в горната част на горната кула с ниско{7}}налягане, а течен кислород с висока-чистота се получава в долната част. Обогатената-аргон фракция обикновено се изтегля от средата на горната кула и се подава в отделна аргонова колона за по-нататъшна дестилация и пречистване, за да се получи течен аргон с висока{11}}чистота.
Предимства: Свръх{0}}голям капацитет за обработка (до стотици хиляди Nm³/h O₂), висока чистота на продукта (особено за кислород, азот и аргон), гъвкава форма на продукта (течност/газ), едновременно производство на множество газове с висока-чистота и относително ниска консумация на енергия (в голям мащаб).
Приложения:-мащабно промишлено производство на газ (стоманена, химическа, въгледохимическа промишленост), изисквания за висока чистота (електроника, медицина) и приложения, изискващи течен азот/течен кислород (използване на LNG студена енергия, ракетно гориво). Адсорбция при промяна на налягането (PSA):
Принцип: Той използва разликите в адсорбционния капацитет или скоростта на дифузия на специфични адсорбенти (като въглеродни молекулярни сита и зеолитни молекулярни сита) за различни газови молекули във въздуха. Вземайки производството на азот като пример, въглеродните молекулярни сита имат много по-голям капацитет на адсорбция и скорост на дифузия за кислород, отколкото за азот. Когато сгъстеният въздух навлезе в адсорбционна кула, пълна с въглеродни молекулярни сита, кислородът, водната пара, въглеродният диоксид и други газове бързо се адсорбират в порите на молекулярните сита, докато азотът изтича от кулата като продуктов газ. Когато адсорбентът достигне насищане, адсорбираните газове се освобождават чрез бързо намаляване на налягането в кулата (десорбция/регенерация). Обикновено две или повече адсорбционни кули работят паралелно, с програмируемо превключване на клапана за постигане на непрекъснати цикли на адсорбция и регенерация, което води до непрекъснато производство на азот.
Предимства: Относително лесен поток на процеса, бързо стартиране, висока оперативна гъвкавост, относително ниска инвестиция (за малки и-мащабни мащаби), висока степен на автоматизация и относително лесна поддръжка. Приложения: Малки- до-мащабни нужди от азот (95%-99,999% чистота),-производство на газ на място, приложения с по-малко строги изисквания за чистота на кислород (като обогатена с кислород аерация за пречистване на отпадъчни води) и сценарии, изискващи бърза реакция. PSA технологията за производство на кислород също се развива.
Мембранно разделяне:
Принцип: Използва кухи влакна или плоски мембрани, направени от специализирани полимери или неорганични материали. Тези мембранни материали показват селективна пропускливост за газове. Когато сгъстеният въздух протича през едната страна на мембраната, газовите молекули с по-бързи скорости на проникване (като кислород и водна пара) се разтварят и дифундират през стената на мембраната, концентрирайки се от другата страна (страната на пермеата). Газови молекули с по-бавни скорости на проникване (като азот) се улавят и концентрират от страната на захранването (страната на ретентата), като по този начин се постига разделяне. Най-често срещаното приложение е производството на обогатен азот (N₂).
Предимства: Изключително проста и компактна структура на оборудването, без движещи се части, изключително лесна работа, незабавно стартиране, леко тегло, нисък шум и минимални инвестиционни разходи (за производство в малък{0}}мащаб). Приложения: малки{2}}мащабни нужди от азот с ниска{3}}чистота (95%-99,5%), среда с ограничено пространство (като контейнери и мобилно оборудване), екраниращ газ за измервателни уреди и газ за пречистване на опаковки на храни.
3. Подробно обяснение на основните системни компоненти на въздушно сепариращо устройство
Пълен модерен широкомащабен криогенен агрегат за разделяне на въздуха (основна технология) е силно интегриран, сложен системен инженерен проект, включващ основно следните ключови подсистеми:
Система за компресиране на въздуха:
Функция: Осигурява източник на енергия за целия процес на разделяне, като вкарва околния въздух и го компресира до необходимото високо налягане (обикновено от няколко до десетки бара).
Основно оборудване:
Main Air Compressor: Performs the majority of the compression work. Large ASUs (>10 000 Nm³/h O₂) обикновено използват високо-ефективност, висок-поток, много-степенни центробежни компресори (задвижвани от пара/мотор), допълнени от усъвършенстван аеродинамичен дизайн и материали на работното колело. Устройствата със среден-мащаб могат да използват много-степенни центробежни или високо-ефективни винтови компресори. Малките агрегати могат да използват бутални или винтови компресори.
Система за бустер/рекомпресия: Осигурява въздух под високо{0}}налягане към разширителя или повишава налягането на продукта газ. Съображения: Ефективността (консумация на основна енергия), надеждността, контролът на пренапреженията, намаляването на шума и методът на задвижване (парна турбина, електродвигател, газова турбина) са ключови фактори при избора и дизайна.
Система за предварително охлаждане и пречистване на въздуха:
Функция: Премахва примеси като влага, въглероден диоксид, въглеводороди (като ацетилен) и азотен оксид (N₂O) от сгъстен въздух. Тези примеси могат да замръзнат и да запушат оборудването и тръбопроводите (особено главния топлообменник) при ниски температури. Въглеводородите представляват риск от експлозия в среда,-богата на кислород.
Основно оборудване и процеси:
Precooling System: Utilizing cooling towers or mechanical refrigeration units (chillers), compressed air is cooled from the high outlet temperature (>100 градуса ) до почти -околна температура (~10-30 градуса ) чрез топлообменници с водно охлаждане или охладителни кули с директен контакт, кондензиращи и отделящи по-голямата част от течната вода.
Система за пречистване: Съвременните ASU почти изключително използват адсорбери с двойни (или множество) молекулярни сита. Адсорбентът (главно двуалуминиев оксид и зеолитни молекулярни сита) селективно адсорбира влага, CO₂, повечето въглеводороди и N₂O при стайна температура. Дизайнът с двойна -кула гарантира, че докато едната кула извършва адсорбция, другата кула се нагрява, регенерира и охлажда с помощта на малко количество сух продукт газ (или горещ въздух), осигурявайки непрекъснато и непрекъснато снабдяване с газ. Тази система е от решаващо значение за осигуряване на дългосрочна, безопасна и стабилна работа на уреда-.
Основна топлообменна система:
Функция: Позволява ефективен топлообмен между горещи и студени течности. Неговата основна функция е дълбоко{1}}охлаждане на пречистен въздух под високо-налягане близо до точката му на втечняване (приблизително -170 градуса), като едновременно с това затопля повторно нискотемпературните газове от продукта (кислород, азот и замърсен азот) до температура, близка до температурата на околната среда, като максимизира възстановяването при студ и значително намалява консумацията на енергия в системата.
Основно оборудване: Топлообменниците с алуминиеви пластини (BAHX) са доминиращият избор. Те предлагат висока компактност, отлична ефективност на топлообмен, силна устойчивост на натиск и лек дизайн. Множество големи топлообменни модули с пластинчати-перки обикновено са интегрирани с оборудване за охлаждане на сърцевината, като например дестилационни колони, в силно изолирана охладителна кутия, за да се намалят загубите при охлаждане.
Система от дестилационна колона (криогенно ядро):
Функция: Основното съоръжение за окончателно разделяне и пречистване на компонентите на въздуха.
Типична структура:
Колона с високо{0}}налягане (долна колона): Получава въздух с високо{1}}налягане от главния топлообменник, охладен близо до точката на втечняване. Първоначалното разделяне се извършва при това налягане, като се произвежда азотен газ с висока -чистота в горната част и-обогатен с кислород течен въздух (приблизително 35-40% O₂) в долната част.
Колона с ниско{0}}налягане (горна колона): Получава-обогатен с кислород течен въздух от долната колона (намален от дроселна клапа) и високо{2}}чист азотен газ от горната част на долната колона (втечнен от кондензаторен изпарител). Крайната дестилация се извършва при почти-нормално налягане (малко над атмосферното налягане). Азот с висока-чистота (газ или течност) се произвежда отгоре, а кислород с висока-чистота (газ или течност) се произвежда отдолу. Кондензаторът/изпарителят е ключов компонент, свързващ горната и долната колони, като използва кондензационната топлина на азотния газ в горната част на долната колона, за да изпари течния кислород в долната част на горната колона.
Колона със суров/рафиниран аргон: Големите ASU обикновено извличат аргонова фракция, съдържаща приблизително 8-12% аргон от средата на горната колона. Първо, колоната за суров аргон (обикновено съставена от два етапа) премахва по-голямата част от кислорода, за да се получи суров аргон (съдържащ O₂ < 2ppm, N₂ < 100ppm). След това суровият аргон влиза в рафинираната аргонова колона, където каталитичното хидрогениране (или криогенна дестилация) премахва кислорода и по-нататъшното фракциониране премахва азота, като в крайна сметка се получава течен аргон с висока чистота (по-голям или равен на 99,999%).
Съображения: Ефективността на колоната (избор на тава/опаковка), разпределението на течността, контролът на налягането и предотвратяването на наводняване/течове са ключови съображения при дизайна.
Разширителна система:
Функция: Това е основното хладилно оборудване, което осигурява охлаждащия капацитет, необходим за цялата криогенна система. Принципът на адиабатно разширение на газ под високо-налягане за генериране на външна работа (задвижване на генератор или спирачен вентилатор) води до драматичен спад на температурата на газа (ефект на Джаул-Томсън).
Основно оборудване: Турборазширителят е основният поток. Въздух под високо{1}}налягане (или азот) от средната част на главния топлообменник, който все още не е напълно втечнен, се вкарва в разширителя, където бързо се разширява до ниско налягане (близко до налягането в горната колона), което води до рязко падане на температурата под точката на втечняване. Това произвежда голямо количество течен въздух (или течен азот), който допълва капацитета за охлаждане, за да компенсира загубите от изтичане на топлина и охлаждането, пренасяно от продукта. Ефективността на разширителя пряко влияе върху консумацията на енергия на устройството.
Система за съхранение и изпаряване на продукта:
Функция: Балансиране на колебанията в производството и търсенето, осигуряване на стабилно снабдяване с газ; осигуряване на течни продукти.
4. Широки области на приложение на агрегатите за разделяне на въздуха
Продуктите на ASU имат широк спектър от приложения, оказвайки дълбоко влияние върху много основни индустрии на съвременното общество:
Топене и обработка на метали:
Стомана: Кислородът с висока{0}}чистота е основната суровина за производството на стомана в основни кислородни пещи (BOF), като значително подобрява ефективността, намалява консумацията на енергия и намалява примесите. Азотът се използва за продухване на облицовката на пещта, защита на непрекъснатото леене и топлинна обработка в атмосферата. Аргонът се използва при обезвъглеродяване с аргон и кислород (AOD) за рафиниране на неръждаема стомана и специални стомани.
Цветни-метали: Кислородът се използва за изгаряне с кислородно гориво (топене на мед, алуминий, олово и цинк), бързо топене, потопено-топене с горно издухване и други процеси за подобряване на интензивността на топене и топлинната ефективност. Като защитна атмосфера се използва азот.
Химическа и нефтохимическа промишленост:
Основни химикали: Кислородът се използва при газификация на въглища (синтетичен амоняк, метанол и водород), засилено изгаряне в пещи за крекинг на етилен и производство на сярна киселина/азотна киселина. Азотът се използва за продухване, инертиране, запечатване, носещ газ и предаване на налягане.
Въглищна химическа промишленост: Мащабна-газификация на въглища (IGCC, въглища-в-течности и въглища-в-олефини) изисква огромни количества кислород с висока-чистота като газифициращ агент.
Рафиниране на нефт: Кислородът се използва за -обогатено с кислород регенериране в регенератори за флуидизиран каталитичен крекинг (FCC) и забавено коксуване. Азотът се използва широко за безопасно продухване и инертиране. Електроника и полупроводници:
Газове с ултра{0}}висока чистота: Газове като азот, кислород, аргон и водород изискват нива на чистота, достигащи нива на ppb (части на милиард) или дори ppt (части на трилион) за използване в критични процеси в производството на пластини, като литография, ецване, химическо отлагане на пари (CVD), йонно имплантиране, отгряване и прочистване защита. 6. ASU са основният източник на насипни газове с висока-чистота за предния край.
Здравеопазване:
Медицински кислород: Болничните централизирани кислородни системи, домашната кислородна терапия, спешните медицински услуги и вентилаторите за анестезия разчитат на ASU за кислород с висока-чистота, който отговаря на строги фармакопейни стандарти.
Други медицински газове: Течният азот се използва за медицинска криоконсервация (запазване на клетки, тъкани, сперма и яйцеклетки) и хирургични криохирурзи. Азотът с висока -чистота се използва в производството на медицински изделия.
Храна и напитки:
Хранителен{0}}азот: Като основен член на семейството на „хранителен газ“, той се използва широко в:
Опаковка с модифицирана атмосфера (MAP): Заменя кислорода в опаковката, като инхибира растежа на микробите и окисляването, значително удължавайки срока на годност на храните (месо, плодове и зеленчуци, закуски, кафе и млечни продукти). Пълнене с азот за запазване на свежестта: Азотът се добавя към горната част на контейнерите за напитки (бира, сок) и олио за готвене, за да се предотврати окисляване и разваляне.
Заглушаване и продухване: Създава инертна защитна атмосфера при обработката на храни, резервоари за съхранение и тръбопроводи.
Течен азот: Използва се за бързо замразяване на храни (за запазване на вкуса и хранителните вещества), транспортиране по студена верига и смилане при ниска-температура (за подправки и др.).
Енергетика и опазване на околната среда:
Кислород-Обогатено изгаряне/Изгаряне на чист кислород: Използва се в промишлени пещи като електроцентрали, захранвани с-въглища/газ-, пещи за топене на стъкло и циментови пещи, повишава температурата на пламъка и ефективността на горене, намалява консумацията на гориво и произвежда димни газове с висока-концентрация на CO₂ за последващо улавяне (CCUS).
Газификация на въглища/IGCC: ASU е основната единица на интегрирана газификация на въглища с комбиниран цикъл на производство на електроенергия и въглищни химически заводи.
Пречистване на отпадъчни води: Използването на-обогатена с кислород аерация или технология за аериране с чист кислород значително подобрява капацитета за пречистване на отпадъчните води, ефективността и стабилността, особено при третиране на органични отпадъчни води с висока-концентрация. 7. NEWTEK: Вашият въздушноразделителен модул EPC и експерт по решения до ключ
В сектора на блоковете за разделяне на въздух успехът на проекта надхвърля избора на правилния технологичен път. Големите, сложни промишлени проекти за разделяне на въздуха включват многобройни специализирани интерфейси (процес, оборудване, тръбопроводи, електричество, инструменти, гражданско инженерство, инсталация и въвеждане в експлоатация), строги регулаторни стандарти (безопасност и опазване на околната среда), прецизен контрол на графика и координиране на обширни ресурси. Това е основната стойност на NEWTEK-ние предоставяме от-до-крайни EPC (инженеринг, генерално договаряне) и готови решения, от концептуален дизайн до стабилна работа.
5. NEWTEK: Вашият експерт в модулите за разделяне на въздух EPC и решенията до ключ
В сектора на агрегатите за разделяне на въздух успехът на проекта надхвърля избора на правилната технология. Големите, сложни промишлени проекти за разделяне на въздуха включват многобройни специализирани интерфейси (процес, оборудване, тръбопроводи, електричество, инструменти, гражданско инженерство, инсталация и въвеждане в експлоатация), строги регулаторни стандарти (безопасност и опазване на околната среда), прецизен контрол на графика и координиране на обширни ресурси. Това е основната стойност на NEWTEK-ние предоставяме от-до-крайни EPC (инженеринг, изграждане на проекти) и готови решения, от концептуален дизайн до стабилна работа.
6. Заключение: Овластяване на бъдещето на индустрията
Устройствата за разделяне на въздуха са "газовото сърце" на съвременната индустриална цивилизация. С технологичния напредък и промишлени подобрения, търсенето на промишлени газове с висока-чистота, разнообразни,-мащабни и ниски-разходи продължава да расте, поставяйки по-високи изисквания към ефективността, надеждността, безопасността и екологичното представяне на тези единици. Изборът на правилния технически път е от основно значение, докато изборът на партньор със силни способности за интегриране на ресурси и богат инженерен опит е от решаващо значение за успеха на проекта.
Като професионален доставчик на EPC услуги в областта на газовото инженерство, NEWTEK се ангажира да помага на клиентите да преодолеят многобройните предизвикателства на сложните индустриални проекти чрез своя интегриран, специализиран и персонализиран въздушен сепаратор EPC и готови решения. Ние сме нещо повече от доставчик на оборудване или дизайнерски институт; ние сме вашият съветник за успеха на проекта-{2}}от край до край. От план до стабилен газов поток, NEWTEK гарантира, че вашата инвестиция във въздухоразделителна единица се превръща в ефективна производителност, надеждна верига за доставки и значителни икономически ползи, полагайки солидна „газова“ основа, за да се конкурирате на силно конкурентния пазар.
