Pri industrijski proizvodnji plina ostaja tehnologija kriogenega ločevanja zraka osrednja metoda za -proizvodnjo-kisika visoke čistosti v velikem obsegu. Mnogi ljudje vedo, da lahko ta oprema spremeni zrak v kisik, le redki pa resnično razumejo, kako doseže visoko čistost. Ta članek se sprehaja skozi načela postopka, logiko ločevanja in ključne kontrolne točke za enotami za kriogeno ločevanje zraka. Shenger Gas je kot tehnično podjetje, ki se močno ukvarja s tem področjem, nabralo praktične izkušnje pri načrtovanju in inženiringu sistemov za kriogeno ločevanje zraka-izkušnje, ki jih je vredno deliti.
Osnovno načelo ni "filtracija", ampak razlika v vreliščih
Prvič, treba je razjasniti pogosto napačno prepričanje: kriogeno ločevanje zraka ni odvisno od fizične filtracije za pridobivanje kisika. Uporablja naravne razlike v vreliščih med komponentami zraka. Pod atmosferskim tlakom kisik vre pri -183 stopinjah, dušik pri -196 stopinjah in argon pri -186 stopinjah. Z ohlajanjem zraka pod -170 stopinj, da se utekočini, in nato z izkoriščanjem prenosa mase in toplote med plinsko in tekočo fazo znotraj destilacijskega stolpca, postane mogoče ločevanje komponent.
Prvi korak k visoko{0}}čistemu kisiku je stiskanje, pred-hlajenje in čiščenje zraka za odstranitev vode, ogljikovega dioksida in ogljikovodikov. Nepopolna obdelava na tej stopnji lahko zlahka zamrzne ali blokira spodnje prehode in toplotne izmenjevalnike, kar hitro poslabša zmogljivost destilacije. Zato zanesljivost sprednjega -sistema čiščenja neposredno določa, ali lahko končni izdelek stabilno doseže 99,6-odstotno čistost ali več.
Usklajevanje med spodnjim in zgornjim stolpcem: jedro destilacije
Tipičen sistem destilacije z dvojno-kolono, znan tudi kot postopek z dvema-kolonoma, je najpogosteje uporabljena struktura za kriogeno proizvodnjo kisika. Spodnji stolpec obravnava začetno nalogo ločevanja. Ko utekočinjeni zrak vstopi v spodnji stolpec, se dvigajoča para in spuščajoča se tekočina vedno znova dotakneta. Dušik se postopoma koncentrira na vrhu, medtem ko se s kisikom -bogata tekočina kopiči na dnu. Ta s kisikom-bogata tekočina običajno vsebuje od 38 % do 42 % kisika-daleč od zahtev za-razred izdelkov.
Ta s kisikom{0}}bogata tekočina se nato dovaja v sredino zgornjega stolpca kot dovod za nadaljnjo koncentracijo. Zgornja kolona istočasno prejme povratni tok tekočega dušika z vrha spodnje kolone, kar tvori popolne rektifikacijske in odstranjevalne odseke. Kisik se končno zbira na dnu zgornjega stolpca, medtem ko dušik izstopa z vrha. S pravilno zasnovo opreme in stabilnim delovanjem lahko čistost kisika na dnu zgornjega stolpca doseže 99,6 % do 99,8 % ali celo več.
Ena zlahka spregledana podrobnost: prisotnost argona znatno omejuje izboljšanje čistosti kisika. Argon predstavlja približno 0,93 % zraka, njegovo vrelišče pa je med kisikom in dušikom. Pri običajnih postopkih proizvodnje kisika brez odprtine za črpanje argona se argon kopiči na sredini zgornjega stolpca, del pa vstopi v kisikov produkt in zmanjša njegovo čistost. Zato je za stabilno proizvodnjo kisika visoke-čistosti nad 99,8 % običajno potrebna pomožna argonska kolona ali postopek pridobivanja argona-brez vodika s popolno-destilacijo.
Čistost izdelka ni določena z enim samim parametrom
Mnogi uporabniki zastavljajo podobno vprašanje: kaj po nakupu opreme dejansko zagotavlja čistost kisika? Odgovor ni en sam indikator, ampak dinamično ravnovesje nabora parametrov.
- Hladilna zmogljivost ekspanderja. Nezadostno hlajenje zmanjša povratno tekočino v zgornjem stolpcu, kar zmanjša učinkovitost destilacije. Prekomerno ohlajanje lahko prehladi kolono, kar tudi moti ločevanje.
- Pretok in tlak dovoda zraka. Velika nihanja neposredno vplivajo na ravnovesje plina-tekočine v stolpcu, kar povzroči nihanje čistosti.
- Nastavitev refluksa s tekočim dušikom spodnje kolone. To je ena najpogostejših in najbolj občutljivih metod nadzora. Premalo povratnega toka zmanjša vsebnost kisika v tekočini, -bogate s kisikom v spodnjem stolpcu. Preveč refluksa dejansko zmanjša čistost kisika na dnu zgornjega stolpca.
- Potegnite-položaj vrat in odprtino. Če se stopnje črpanja kisika, tekočega kisika in odpadnega dušika ne ujemajo s profilom notranje sestave kolone, postane čistost težko vzdrževati.
V inženirski praksi morajo operaterji-delujoče kriogene enote za ločevanje zraka običajno le natančno-nastaviti dva ali tri ključne ventile, da ohranijo stabilno stanje. Toda to predpostavlja, da je bila učinkovitost pladnja ali distribucija pakiranja pravilno zasnovana že od začetka. V nasprotnem primeru nobena prilagoditev ne bo zlahka dosegla oblikovne čistosti.
Kje je vrzel med proizvodnjo kisika in stabilno proizvodnjo kisika visoke-čistosti
Številne enote za kriogeno ločevanje zraka na trgu lahko proizvedejo približno 99,5 % kisika, vendar doseganje stabilne zmogljivosti nad 99,8 %-ki se vzdržuje več mesecev brez zaustavitve ali nihanj-postavlja višje zahteve na več manj očitnih področjih.
- Enakomernost porazdelitve tekočine znotraj kolone. Ne glede na to, ali uporabljate sitaste pladnje ali strukturirano embalažo, neenakomerna porazdelitev plina-tekočine povzroči lokalna suha območja ali poplave, kar neposredno zmanjša splošno čistost. To je še posebej kritično pri velikih-enotah, ki upravljajo na tisoče ali celo deset tisoče običajnih kubičnih metrov na uro.
- Tesnjenje hladne škatle in kontrola usedanja perlita. Neuspešna tesnila hladne škatle ali usedli perlit omogočajo vstop vlažnemu zunanjemu zraku in zmrzovanje ali povzročajo lokalno izgubo mraza, ki postopoma spreminja notranje razmere.
- Natančnost in odzivni čas analitičnih instrumentov. Če odzivni čas spletnega analizatorja kisika preseže 10 sekund, operaterji že delajo z zastarelimi podatki-prilagoditve bodo vedno zaostajale.
Te vrzeli pogosto ni mogoče v celoti odpraviti s teoretičnimi izračuni na papirju. Veliko bolj so odvisni od proizvajalčevih procesnih izkušenj in-zmožnosti zagona na mestu. Zato Shenger Gas načrtovanje, proizvodnjo in zagon dosledno obravnava kot zaprto zanko pri izvajanju projekta, namesto da bi jih izvajal kot ločene faze.
Dve zlahka spregledani podrobnosti v dejanskem delovanju
Prvič, vpliv cikla-ogrevanja in odmrzovanja na obnovitev čistosti. Ko kriogena enota za ločevanje zraka nekaj časa deluje, se kanali plošč-plobrastega izmenjevalnika toplote postopoma blokirajo zaradi kopičenja ogljikovega dioksida ali vlage v sledovih. To se kaže kot vse večja temperaturna razlika na toplem koncu in naraščajoči tlak v spodnjem stolpcu. Številne ekipe po ogrevanju-odhitijo z ponovnim zagonom, samo da ugotovijo, da okrevanje po čistosti traja dva ali tri dni. Pravilen pristop je, da najprej ustvarite zadostno hladilno zmogljivost po-segrevanju, zaženete zgornjo kolono pri konzervativnem refluksnem razmerju in postopoma povečate proizvodnjo kisika in čistost šele, ko se vse točke merjenja temperature stabilizirajo.
Drugič, kakovost zunanjega zraka ni neskončno dobra. Enote za ločevanje zraka v bližini kemičnih obratov ali jeklarn pogosto vsebujejo sledove amoniaka, vodikovega sulfida ali ogljikovodikov. Te nečistoče ne vplivajo le na življenjsko dobo molekularnega sita-nekatere-komponente z nizkim vreliščem lahko vstopijo v destilacijsko kolono in se koncentrirajo skupaj s kisikom, kar na koncu zmanjša čistost kisika in celo predstavlja varnostno tveganje. Za takšne scenarije se močno priporoča dodajanje ciljno usmerjenih adsorpcijskih plasti pred čistilnim sistemom.
Proizvodnja visoko{0}}čistega kisika z opremo za kriogeno ločevanje zraka je v bistvu natančna uporaba fizikalnih lastnosti zraka. Od čiščenja, hlajenja in utekočinjenja do destilacije z dvojno-kolono, vsak korak postavlja temelje za ta končni tok 99,8 % kisika. Če razumemo to, postane jasno, zakaj lahko različni proizvajalci proizvedejo tako različne dejanske rezultate čistosti iz navidezno enakih shem postopka. Prava vrzel je le redko v samem procesu, ampak v ravnanju s podrobnostmi, ki vplivajo na destilacijsko bilanco.
Če se projekt spopada z nestabilno čistostjo kisika ali ozkimi grli pri čiščenju, je dobro začeti raziskovanje ključnih kontrolnih točk, o katerih smo govorili zgoraj. Tehnični problemi pogosto ne zahtevajo preveč zapletenih rešitev. Vrnitev k osnovnim načelom pogosto prinese najbolj neposredne odgovore.
