1. Bevezetés: A légleválasztó egységek stratégiai szerepe
A légleválasztó egység (ASU) a modern ipar alapvető infrastruktúrájának elengedhetetlen része. Kifinomult fizikai és kémiai folyamatok révén a mindenütt jelenlévő légköri levegőt leválasztja és megtisztítja elsődleges összetevőjévé, többek között gázokká-nagy-tisztaságú oxigénné (O₂), nitrogénné (N₂) és argonná (Ar), és rugalmasan szállítja őket folyadék vagy gáz halmazállapotú formában. Ez az eljárás nemcsak a természeti erőforrásokat teljes mértékben hasznosítja, hanem számos kulcsfontosságú ipari ágazatban a hatékony, tiszta és biztonságos működés sarokköveként is szolgál. Az acélgyártás lángoló kemencéitől az életmentő orvosi oxigénig, a fotolitográfiától és az élvonalbeli félvezetők maratásától-az inert atmoszféráig, amely megőrzi az élelmiszereket, az ASU-k által biztosított "ipari életelem" áthatja a nemzetgazdasági és technológiai fejlődés minden aspektusát. Technológiai felkészültségük és működési megbízhatóságuk közvetlenül befolyásolja a downstream iparágak versenyképességét és fenntartható fejlődését.
2. Alapvető szétválasztási technológiák: alapelvek és alkalmazhatóság
Az ASU légleválasztás elsősorban a következő három alapvető technológiai megközelítésre támaszkodik, amelyek mindegyike saját egyedi elvekkel, előnyeivel és alkalmazható forgatókönyveivel rendelkezik:
Kriogén desztilláció:
Alapelv: Ez az arany standard technológia a nagy-nagy tisztaságú-gáztermeléshez. Alapelve a levegőkomponensek (elsősorban a nitrogén, az oxigén és az argon) forráspontjai közötti jelentős különbségek kihasználása (N₂: -195,8 fok, O₂: -183 fok, Ar: -185,9 fok). A folyamat nagymértékben integrált: a környezeti levegő több-lépcsős kompresszión és nyomásfokozáson megy keresztül. Ezután mély előhűtés és egy fő hőcserélő segítségével cseppfolyósodási pontjához közel vagy a cseppfolyósítási pontig (körülbelül -172 és -190 fok között) lehűtik. A cseppfolyósított levegőt ezután egy desztillációs oszloprendszerbe vezetik (jellemzően egy kétoszlopos szerkezet – egy nagynyomású alsó oszlop és egy alacsony nyomású felső oszlop).
Desztillációs folyamat: A desztillációs oszlopon belül a gáz- és folyadékfázisok kiterjedt ellenáramú érintkezésbe kerülnek a tálcákon vagy a csomagoláson. A legalacsonyabb forráspontú nitrogén elsősorban elpárolog, és a torony tetejére emelkedik, és nagy tisztaságú nitrogénterméket képez. A magasabb forráspontú oxigén hajlamos az alján lévő folyékony fázisban koncentrálódni. A tornyon belüli többszöri, ismételt részleges elpárologtatási és kondenzációs folyamatok révén az alkatrészek fokozatosan megtisztulnak. Végül a nagy-tisztaságú (több mint 99,999%) nitrogént az alacsony-nyomású felső torony tetején, a nagy-tisztaságú folyékony oxigént pedig az alján nyerik. Az argonnal{10}}dúsított frakciót általában a felső torony közepéből vonják ki, és egy külön argonoszlopba táplálják további desztilláció és tisztítás céljából, hogy nagy tisztaságú folyékony argont állítsanak elő.
Előnyök: Ultra-nagy feldolgozási kapacitás (akár több százezer Nm³/h O₂), nagy terméktisztaság (különösen oxigén, nitrogén és argon esetében), rugalmas termékforma (folyadék/gáz), több nagy-tisztaságú gáz egyidejű előállítása és viszonylag alacsony energiafogyasztás (nagy méretekben).
Alkalmazások: Nagy{0}}ipari gáztermelés (acél-, vegyipar, szénvegyipar), magas tisztasági követelmények (elektronika, orvostudomány) és folyékony nitrogént/folyékony oxigént igénylő alkalmazások (LNG hidegenergia-hasznosítás, rakétahajtóanyag). Nyomáslengés adszorpció (PSA):
Alapelv: Kiaknázza az adszorpciós kapacitásban vagy diffúziós sebességben mutatkozó különbségeket az egyes adszorbensek (például szénmolekula- és zeolit-molekulasziták) a levegőben lévő különböző gázmolekulák esetében. Ha például a nitrogéntermelést vesszük alapul, a szén molekuláris sziták sokkal nagyobb adszorpciós kapacitással és diffúziós sebességgel rendelkeznek az oxigénre, mint a nitrogénre. Amikor a sűrített levegő belép egy szén-molekulaszűrőkkel teli adszorpciós toronyba, az oxigén, a vízgőz, a szén-dioxid és más gázok gyorsan adszorbeálódnak a molekulaszita pórusaiban, miközben a nitrogén termékgázként áramlik ki a toronyból. Amikor az adszorbens megközelíti a telítést, az adszorbeált gázok a toronynyomás gyors csökkentésével (deszorpció/regeneráció) szabadulnak fel. Jellemzően két vagy több adszorpciós tornyot üzemeltetnek párhuzamosan, programozható szelepkapcsolással a folyamatos adszorpciós és regenerációs ciklusok elérése érdekében, ami folyamatos nitrogéntermelést eredményez.
Előnyök: Viszonylag egyszerű folyamatfolyamat, gyors indítás, nagy működési rugalmasság, viszonylag alacsony befektetés (kis és közepes méretű{0}}méretekhez), magas fokú automatizálás és viszonylag egyszerű karbantartás. Alkalmazások: Kis- és közepes-léptékű nitrogénigény (95%-99,999% tisztaság), helyszíni gáztermelés-, kevésbé szigorú oxigéntisztasági követelményeket támasztó alkalmazások (például oxigénnel dúsított levegőztetés szennyvízkezeléshez), valamint gyors reagálást igénylő forgatókönyvek. A PSA oxigéntermelési technológiája is fejlődik.
Membránleválasztás:
Alapelv: Speciális polimerekből vagy szervetlen anyagokból készült üreges szálakat vagy lapos membránokat használ. Ezek a membránanyagok szelektív gázáteresztő képességet mutatnak. Amikor a sűrített levegő átáramlik a membrán egyik oldalán, a gyorsabb áthatolási sebességű gázmolekulák (például oxigén és vízgőz) előnyösen feloldódnak és átdiffundálnak a membrán falán, és a másik oldalon (a permeátum oldalon) koncentrálódnak. A lassabb áteresztőképességű gázmolekulák (például a nitrogén) a betáplálási oldalon (a visszatartott oldalon) csapdába esnek és koncentrálódnak, így jön létre az elválasztás. A leggyakoribb alkalmazás a dúsított nitrogén (N2) előállítása.
Előnyök: Rendkívül egyszerű és kompakt berendezésszerkezet, nincs benne mozgó alkatrész, rendkívül egyszerű kezelhetőség, azonnali indítás, könnyű súly, alacsony zajszint és minimális beruházási költség (kis{0}}gyártáshoz). Alkalmazások: Kis-léptékű, alacsony-tisztaságú nitrogénigény (95%-99,5%), szűkös környezetek (például konténerek és mobil berendezések), műszerek védőgáza és élelmiszer-csomagolás öblítőgáza.
3. A levegőleválasztó egység alapvető rendszerelemeinek részletes magyarázata
A komplett modern, nagy{0}}kriogén levegőleválasztó egység (mainstream technológia) egy rendkívül integrált, összetett rendszermérnöki projekt, amely elsősorban a következő kulcsfontosságú alrendszereket tartalmazza:
Légkompressziós rendszer:
Funkció: Energiaforrást biztosít a teljes leválasztási folyamathoz, beszívja a környezeti levegőt és azt a szükséges nagy nyomásra (általában néhány és tíz bar között) összenyomja.
Alapfelszereltség:
Main Air Compressor: Performs the majority of the compression work. Large ASUs (>10 000 Nm³/h O₂) általában nagy-hatékonyságú, nagy-áramlású, többfokozatú (gőz/motoros hajtású) centrifugális kompresszorokat használnak, amelyeket fejlett aerodinamikai kialakítás és járókerék anyagok egészítenek ki. A közepes-léptékű egységek több-fokozatú centrifugális vagy nagy{8}}hatékonyságú csavarkompresszorokat használhatnak. A kis egységek dugattyús vagy csavarkompresszorokat használhatnak.
Erősítő/rekompressziós rendszer: Nagy{0}}nyomású levegőt biztosít az expanderhez, vagy növeli a termékgáz nyomását. Megfontolások: A hatékonyság (magenergia-fogyasztás), a megbízhatóság, a túlfeszültség-szabályozás, a zajcsökkentés és a hajtásmód (gőzturbina, villanymotor, gázturbina) kulcsfontosságú tényezők a kiválasztás és a tervezés során.
Levegő-előhűtő és -tisztító rendszer:
Funkció: Eltávolítja a szennyeződéseket, például nedvességet, szén-dioxidot, szénhidrogéneket (például acetilént) és dinitrogén-oxidot (N2O) a sűrített levegőből. Ezek a szennyeződések alacsony hőmérsékleten megfagyhatnak és eltömíthetik a berendezéseket és a csöveket (különösen a fő hőcserélőt). A szénhidrogének robbanásveszélyt jelentenek oxigéndús környezetben{2}.
Alapvető berendezések és folyamatok:
Precooling System: Utilizing cooling towers or mechanical refrigeration units (chillers), compressed air is cooled from the high outlet temperature (>100 fok) közel -környezeti hőmérsékletre (~10-30 fok) vízhűtéses hőcserélőkön vagy közvetlen érintkezésű hűtőtornyokon keresztül, kondenzálva és leválasztva a folyékony víz nagy részét.
Tisztító rendszer: A modern ASU-k szinte kizárólag kettős (vagy többszörös) molekulaszita adszorbereket használnak. Az adszorbens (elsősorban alumínium-oxid és zeolit molekulaszita) szobahőmérsékleten szelektíven adszorbeálja a nedvességet, a CO₂-t, a legtöbb szénhidrogént és az N2O-t. A kettős-torony kialakítása biztosítja, hogy miközben az egyik torony adszorpciót végez, a másik tornyot kis mennyiségű száraz termékgáz (vagy forró levegő) segítségével fűtik, regenerálják és hűtik, biztosítva a folyamatos és megszakítás nélküli gázellátást. Ez a rendszer kritikus fontosságú az egység hosszú távú -biztonságos és stabil működése szempontjából.
Fő hőcserélő rendszer:
Funkció: Lehetővé teszi a hatékony hőcserét a meleg és hideg folyadékok között. Alapvető funkciója a tisztított, nagynyomású levegő mély-hűtése a cseppfolyósodási pont közelébe (körülbelül -170 fok), miközben egyidejűleg felmelegíti az alacsony hőmérsékletű termékgázokat (oxigén, nitrogén és szennyezett nitrogén), közel a környezeti hőmérséklet maximalizálásához és a rendszer hideg energiafogyasztásának maximalizálásához.
Alapfelszereltség: Az alumínium lemez{0}}hőcserélők (BAHX-ek) a domináns választás. Nagy tömörséget, kiváló hőátadási hatékonyságot, erős nyomásállóságot és könnyű kialakítást kínálnak. A hűtési veszteségek minimalizálása érdekében több nagy lemezes -bordás hőcserélő modul jellemzően maghűtő berendezéssel, például desztillációs oszlopokkal van beépítve egy erősen szigetelt hűtődobozba.
Desztillációs oszloprendszer (kriogén mag):
Funkció: A levegőkomponensek végső elválasztására és tisztítására szolgáló központi létesítmény.
Tipikus szerkezet:
Magas-nyomású oszlop (alsó oszlop): Nagy-nyomású levegőt fogad a fő hőcserélőből, a cseppfolyósítási pont közelébe hűtve. A kezdeti elválasztást ezen a nyomáson hajtják végre, és felül nagy-tisztaságú nitrogéngázt, alul pedig oxigénnel-dúsított folyékony levegőt (körülbelül 35-40% O₂) termelnek.
Alacsony-nyomású oszlop (felső oszlop): oxigénnel-dúsított folyékony levegőt fogad az alsó oszlopból (fojtószeleppel csökkentve) és nagy-tisztaságú nitrogéngázt az alsó oszlop tetejéről (kondenzátor-párologtató cseppfolyósítva). A végső desztillációt közel -normál nyomáson (valamivel a légköri nyomás felett) végezzük. Felül nagy-tisztaságú nitrogéngáz (gáz vagy folyadék), alul pedig nagy-tisztaságú oxigéngáz (gáz vagy folyadék) keletkezik. A kondenzátor/párologtató a felső és az alsó oszlopot összekötő kulcsfontosságú alkatrész, amely az alsó oszlop tetején lévő nitrogéngáz kondenzációs hőjét használja fel a folyékony oxigén elpárologtatására a felső oszlop alján.
Nyers/finomított argonoszlop: A nagy ASU-k általában körülbelül 8-12% argont tartalmazó argonfrakciót vonnak ki a felső oszlop közepéről. Először is, a nyers argonoszlop (általában két szakaszból áll) eltávolítja az oxigén nagy részét, és nyers argont állít elő (O2-t < 2 ppm, N2-t < 100 ppm). A nyers argon ezután a finomított argonoszlopba kerül, ahol a katalitikus hidrogénezés (vagy kriogén desztilláció) eltávolítja az oxigént, a további frakcionálás pedig eltávolítja a nitrogént, végül nagy tisztaságú folyékony argont eredményez (99,999%-nál nagyobb vagy egyenlő).
Megfontolások: Az oszlop hatékonysága (tálca/csomagolás kiválasztása), a folyadékelosztás, a nyomásszabályozás és az elárasztás/szivárgás megelőzése kulcsfontosságú tervezési szempontok.
Bővítő rendszer:
Funkció: Ez a központi hűtőberendezés, amely biztosítja a teljes kriogén rendszerhez szükséges hűtési kapacitást. A nagynyomású gáz adiabatikus expanziójának elve külső munka generálására (generátor vagy fékventilátor meghajtása) a gáz hőmérsékletének drámai csökkenését okozza (Joule-Thomson-effektus).
Alapfelszerelés: A turbóexpander a fő áramkör. A fő hőcserélő középső részéből nagy nyomású levegőt (vagy nitrogént) vezetnek be, amely még nem teljesen cseppfolyósodott, az expanderbe, ahol gyorsan kitágul alacsony nyomásra (közel a felső oszlopnyomáshoz), aminek következtében a hőmérséklet meredeken a cseppfolyósítási pont alá esik. Ez nagy mennyiségű folyékony levegőt (vagy folyékony nitrogént) termel, amely feltölti a hűtőkapacitást, hogy ellensúlyozza a hőszivárgási veszteségeket és a termék által elvitt hűtést. A bővítő hatásfoka közvetlenül befolyásolja az egység energiafogyasztását.
Terméktároló és elpárologtató rendszer:
Funkció: A termelés és a kereslet ingadozásainak kiegyensúlyozása, stabil gázellátás biztosítása; folyékony termékek biztosítása.
4. A levegőleválasztó egységek széles körű alkalmazási területei
Az ASU termékek széles körben alkalmazhatók, és a modern társadalom számos pilléres iparágára mély hatást gyakorolnak:
Fémkohászat és -feldolgozás:
Acél: A nagy-tisztaságú oxigén az alapvető oxigénkemencékben (BOF) történő acélgyártás alapvető nyersanyaga, amely jelentősen javítja a hatékonyságot, csökkenti az energiafogyasztást és a szennyeződéseket. A nitrogént a kemence bélésének öblítésére, folyamatos öntésvédelemre és légköri hőkezelésre használják. Az argont az argon oxigén dekarbonizációjában (AOD) használják rozsdamentes acél és speciális acélok finomítására.
Nem-vasfémek: Az oxigént oxigén-tüzelőanyag-égetéshez (réz-, alumínium-, ólom- és cinkolvasztás), gyorsolvasztáshoz, felső-fúvásos merülő olvasztáshoz, valamint az olvasztás intenzitásának és termikus hatékonyságának javítására szolgáló egyéb eljárásokhoz használják. A nitrogént védőatmoszféraként használják.
Vegyipar és petrolkémiai ipar:
Alapvető vegyszerek: Az oxigént a szén elgázosításához (szintetikus ammónia, metanol és hidrogén), az etilén krakkolókemencékben történő fokozott égetéshez és a kénsav/salétromsav előállításához használják. A nitrogént öblítésre, inertizálásra, tömítésre, vivőgázra és nyomásátvitelre használják.
Szén vegyipar: A szén nagy-elgázosítása (IGCC, szén-folyadékokká és szén-olefinekké) hatalmas mennyiségű nagy-tisztaságú oxigént igényel elgázosító szerként.
Olajfinomítás: Az oxigént a fluidizált katalitikus krakkolás (FCC) regenerátorokban oxigénnel dúsított regenerációhoz és a késleltetett kokszoláshoz használják. A nitrogént széles körben használják biztonsági öblítésre és inertizálásra. Elektronika és félvezetők:
Ultra-Nagy tisztaságú gázok: Az olyan gázok, mint a nitrogén, az oxigén, az argon és a hidrogén, eléri a ppb (parts per milliárd) vagy akár a ppt (parts per billió) szintet is az ostyagyártás kritikus folyamataiban, például litográfia, maratás, kémiai gőzfázisú leválasztás (CVD), ionbeültetés, beültetés és purgeális védelem. Az ASU-k jelentik az ömlesztett, nagy-tisztaságú gázok elsődleges forrását az előtérben.
Egészségügy:
Orvosi oxigén: A kórházi központosított oxigénrendszerek, az otthoni oxigénterápia, a sürgősségi orvosi szolgáltatások és az érzéstelenítő lélegeztetőgépek mind az ASU-kra támaszkodnak, amelyek a szigorú gyógyszerkönyvi szabványoknak megfelelő, nagy-tisztaságú oxigént biztosítanak.
Egyéb orvosi gázok: A folyékony nitrogént orvosi mélyhűtésre (sejtek, szövetek, spermiumok és petesejtek konzerválására) és sebészeti kriosebészek számára használják. Az orvostechnikai eszközök gyártása során nagy tisztaságú-nitrogént használnak.
Étel és ital:
Élelmiszer-minőségű nitrogén: Az "élelmiszergáz" család központi tagjaként széles körben használják:
Modified Atmosphere Packaging (MAP): helyettesíti az oxigént a csomagoláson belül, gátolja a mikrobiális növekedést és az oxidációt, jelentősen meghosszabbítja az élelmiszerek (hús, gyümölcs és zöldség, snack, kávé és tejtermékek) eltarthatóságát. Nitrogén töltet a frissesség megőrzése érdekében: Az oxidáció és a romlás megelőzése érdekében nitrogént adnak az italos (sör, gyümölcslé) és étolajtartályok tetejére.
Üres és öblítés: Inert védőatmoszférát hoz létre az élelmiszer-feldolgozásban, a tárolótartályokban és a csővezetékekben.
Folyékony nitrogén: élelmiszerek gyors fagyasztására (az íz és a tápanyagok megőrzésére), hidegláncos szállításra és alacsony{0}}hőmérsékletű őrlésre (fűszerekhez stb.) használják.
Energia és környezetvédelem:
Oxigénnel-dúsított égés/tiszta oxigénégetés: Ipari kemencékben, például szén-/gáztüzelésű későbbi elfogás (CCUS).
Széngázosítás/IGCC: Az ASU az integrált szénelgázosítási kombinált ciklusú energiatermelő és szénkémiai üzemek központi egysége.
Szennyvízkezelés: Az oxigénnel{0}}dúsított levegőztetés vagy a tiszta oxigén levegőztetési technológia jelentősen javítja a szennyvízkezelési kapacitást, hatékonyságot és stabilitást, különösen a nagy-koncentrációjú szerves szennyvíz. 7. kezelésekor. NEWTEK: Az Ön levegőleválasztó egysége EPC és kulcsrakész megoldások szakértője
A légleválasztó egységek ágazatában a projekt sikere messze túlmutat a megfelelő technológiai út kiválasztásán. A nagy, összetett ipari légleválasztási projektek számos speciális interfészt (folyamatok, berendezések, csővezetékek, elektromos, műszerek, mélyépítés, telepítés és üzembe helyezés), szigorú szabályozási szabványokat (biztonsági és környezetvédelmi előírások), precíz ütemezés-szabályozást és kiterjedt erőforrások összehangolását foglalják magukban. Ez a NEWTEK alapértéke,-a végponttól-végig-az EPC (mérnöki, generálkivitelezési) és kulcsrakész megoldásokat kínáljuk, az elvi tervezéstől a stabil működésig.
5. NEWTEK: Az Ön szakértője az EPC légleválasztó egység és a kulcsrakész megoldások területén
A légleválasztó egységek szektorában a projekt sikere messze túlmutat a megfelelő technológia kiválasztásán. A nagy, összetett ipari légleválasztási projektek számos speciális interfészt (folyamatok, berendezések, csővezetékek, elektromos, műszerek, mélyépítés, telepítés és üzembe helyezés), szigorú szabályozási szabványokat (biztonsági és környezetvédelmi előírások), precíz ütemezés-szabályozást és kiterjedt erőforrások összehangolását foglalják magukban. Ez a NEWTEK alapvető értéke-végtől-to-végig EPC (mérnöki, projektépítési) és kulcsrakész megoldásokat kínálunk, az elvi tervezéstől a stabil működésig.
6. Következtetés: Az ipar jövőjének megerősítése
A légleválasztó egységek a modern ipari civilizáció "gázszíve". A technológiai fejlődésnek és az ipari fejlesztéseknek köszönhetően a nagy-tisztaságú, változatos, nagy-léptékű és alacsony-költségű ipari gázok iránti kereslet folyamatosan növekszik, ami magasabb követelményeket támaszt ezen egységek hatékonyságával, megbízhatóságával, biztonságával és környezeti teljesítményével szemben. A megfelelő műszaki út kiválasztása alapvető fontosságú, míg egy erős erőforrás-integrációs képességekkel és kiterjedt mérnöki tapasztalattal rendelkező partner kiválasztása kulcsfontosságú a projekt sikeréhez.
A gázmérnöki területen professzionális EPC szolgáltatóként a NEWTEK elkötelezett amellett, hogy segítse ügyfeleit a komplex ipari projektek számos kihívásának leküzdésében az integrált, speciális és testreszabott légleválasztó egység EPC és kulcsrakész megoldásai révén. Több vagyunk, mint egy berendezés beszállító vagy tervezőintézet; mi vagyunk az Ön-végéig-a projekt sikerének tanácsadója. A tervrajztól a stabil gázáramlásig a NEWTEK biztosítja, hogy a levegőleválasztó egységbe történő beruházása hatékony termelékenységet, megbízható ellátási láncot és jelentős gazdasági előnyöket eredményezzen, szilárd „gáz” alapot teremtve ahhoz, hogy versenyezhessen a kiélezett versenypiacon.
