Pramoninių dujų gamyboje kriogeninio oro atskyrimo technologija išlieka pagrindiniu didelio -masto-grynumo deguonies gamybos metodu. Daugelis žmonių žino, kad ši įranga gali paversti orą deguonimi, tačiau mažai kas iš tikrųjų supranta, kaip ji pasiekia aukštą grynumą. Šiame straipsnyje aprašomi proceso principai, atskyrimo logika ir pagrindiniai kriogeninių oro atskyrimo įrenginių valdymo taškai. „Shenger Gas“, kaip techninė įmonė, labai užsiimanti šia sritimi, sukaupė praktinės kriogeninių oro atskyrimo sistemų projektavimo ir inžinerijos patirties{5}}, kuria verta dalytis.
Pagrindinis principas yra ne „filtravimas“, o virimo temperatūros skirtumas
Pirma, reikia išsiaiškinti paplitusią klaidingą nuomonę: kriogeninis oro atskyrimas nepriklauso nuo fizinio filtravimo deguoniui gauti. Jame naudojami natūralūs oro komponentų virimo temperatūros skirtumai. Esant atmosferos slėgiui, deguonis užverda -183 laipsniais, azotas -196 laipsniais, o argonas -186 laipsniais. Atšaldžius orą žemiau -170 laipsnių, kad jis suskystėtų, o vėliau distiliavimo kolonėlėje padidinus masės ir šilumos perdavimą tarp dujų ir skysčio fazių, tampa įmanoma atskirti komponentus.
Pirmasis žingsnis siekiant didelio-grynumo deguonies yra oro suspaudimas, išankstinis aušinimas ir valymas, kad būtų pašalintas vanduo, anglies dioksidas ir angliavandeniliai. Neužbaigtas apdorojimas šiame etape gali lengvai užšalti arba užblokuoti pasroviui esančius kanalus ir šilumokaičius, o tai greitai pablogina distiliavimo efektyvumą. Todėl nuo priekinės-galinės valymo sistemos patikimumo tiesiogiai priklauso, ar galutinis produktas gali stabiliai pasiekti 99,6 % ar didesnį grynumą.
Koordinavimas tarp apatinės ir viršutinės stulpelių: pagrindinis distiliavimo skyrius
Įprasta dvigubos{0}}kolonėlės distiliavimo sistema, taip pat žinoma kaip dviejų-kolonų procesas, yra plačiausiai naudojama kriogeninio deguonies gamybos struktūra. Apatiniame stulpelyje atliekama pradinė atskyrimo užduotis. Po to, kai suskystintas oras patenka į apatinę kolonėlę, kylantys garai ir besileidžiantis skystis pakartotinai liečiasi vienas su kitu. Azotas palaipsniui koncentruojasi viršuje, o{5}}deguonies turtingas skystis kaupiasi apačioje. Šiame -deguonies prisotintame skystyje paprastai yra nuo 38 % iki 42 % deguonies,{10}}toli nuo produkto kokybės reikalavimų.
Tada šis skystis, kuriame gausu deguonies{0}}, tiekiamas į viršutinės kolonėlės vidurį, kad būtų galima toliau koncentruotis. Viršutinė kolonėlė tuo pačiu metu gauna skysto azoto grįžtamąjį srautą iš apatinės kolonėlės viršaus, sudarydama visiškas rektifikavimo ir pašalinimo dalis. Deguonis galiausiai kaupiasi viršutinės kolonėlės apačioje, o azotas išeina iš viršaus. Tinkamai suprojektavus įrangą ir stabiliai veikiant, deguonies grynumas viršutinės kolonėlės apačioje gali siekti nuo 99,6 % iki 99,8 % ar net daugiau.
Viena lengvai nepastebima detalė: argono buvimas žymiai riboja deguonies grynumo gerinimą. Argonas sudaro apie 0,93% oro, o jo virimo temperatūra yra tarp deguonies ir azoto. Įprastiniuose deguonies gamybos procesuose be argono ištraukimo angos-argonas kaupiasi viršutinės kolonėlės viduryje, o dalis patenka į deguonies produktą ir sumažina jo grynumą. Todėl norint stabiliai gaminti didelio-grynumo deguonį, viršijantį 99,8 %, paprastai reikalinga pagalbinė argono kolonėlė arba visiškas -distiliacijos vandenilio-be argono regeneravimo procesas.
Produkto grynumas nėra nustatomas pagal vieną parametrą
Daugelis vartotojų užduoda panašų klausimą: kas iš tikrųjų garantuoja deguonies grynumą įsigijus įrangą? Atsakymas yra ne vienas rodiklis, o dinaminis parametrų rinkinio balansas.
- Aušinimo pajėgumo plėtiklis. Nepakankamas aušinimas sumažina grįžtamojo skysčio srautą viršutinėje kolonėlėje, todėl sumažėja distiliavimo efektyvumas. Pernelyg didelis aušinimas gali peršaldyti kolonėlę, taip pat sutrikdyti atskyrimą.
- Oro padavimo srautas ir slėgis. Dideli svyravimai tiesiogiai veikia dujų-skysčių balansą kolonėlės viduje, todėl grynumas svyruoja.
- Apatinės kolonėlės skysto azoto refliukso reguliavimas. Tai vienas iš labiausiai paplitusių ir jautriausių kontrolės būdų. Per mažas grįžtamasis srautas sumažina deguonies kiekį apatinės kolonėlės skystyje, kuriame gausu deguonies. Per didelis refliuksas iš tikrųjų sumažina deguonies grynumą viršutinio stulpelio apačioje.
- Ištraukite{0}}prievado padėtį ir atidarymą. Jei deguonies, skysto deguonies ir atliekų azoto ištraukimo greitis neatitinka kolonėlės vidinės sudėties profilio, sunku išlaikyti grynumą.
Inžinerinėje praktikoje gerai{0}}veikiančio kriogeninio oro atskyrimo įrenginio operatoriams paprastai tereikia tiksliai-sureguliuoti du ar tris pagrindinius vožtuvus, kad išlaikytų pastovią būseną. Tačiau tai reiškia, kad dėklo efektyvumas arba pakavimo paskirstymas buvo tinkamai suprojektuoti nuo pat pradžių. Priešingu atveju jokiu koregavimu nebus lengva pasiekti konstrukcijos grynumo.
Kur yra atotrūkis tarp deguonies gamybos ir stabilaus didelio{0}}grynumo deguonies gamybos
Daugelis rinkoje esančių kriogeninio oro atskyrimo įrenginių gali pagaminti apie 99,5 % deguonies, tačiau pasiekus stabilų našumą, viršijantį 99,8 %, -išlaikant kelis mėnesius be išjungimo ar svyravimų-, keliami didesni reikalavimai kelioms mažiau akivaizdžioms sritims.
- Skysčių pasiskirstymo tolygumas kolonėlės viduje. Nesvarbu, ar naudojami sieto padėklai, ar struktūrinis įpakavimas, netolygus dujų{1}}skysčių pasiskirstymas sukelia vietines sausas zonas arba potvynį, tiesiogiai sumažindamas bendrą grynumą. Tai ypač svarbu didelio-masto įrenginiuose, kurie apdoroja tūkstančius ar net dešimtis tūkstančių įprastų kubinių metrų per valandą.
- Šaldymo dėžės sandarinimo ir perlito nusėdimo kontrolė. Sugedę šaldymo dėžės sandarikliai arba nusistovėjęs perlitas leidžia drėgnam lauko orui patekti ir užšalti arba sukelia vietinį šalčio praradimą, palaipsniui keičiant vidines sąlygas.
- Analitinių instrumentų tikslumas ir reakcijos laikas. Jei prijungto deguonies analizatoriaus atsako laikas viršija 10 sekundžių, operatoriai jau dirba su pasenusiais duomenimis-koregavimai visada atsiliks.
Šių spragų dažnai neįmanoma visiškai pašalinti teoriniais skaičiavimais popieriuje. Jie daug labiau priklauso nuo gamintojo patirties ir nuo -paleidimo vietoje galimybių. Štai kodėl „Shenger Gas“ projektavimą, gamybą ir paleidimą eksploatuoti nuosekliai laiko uždaru projekto vykdymo ciklu, o ne pristato juos kaip atskirus etapus.
Dvi lengvai nepastebimos detalės faktiškai veikiant
Pirma, įšilimo{0}} ir atitirpinimo ciklo įtaka grynumo atkūrimui. Kriogeniniam oro atskyrimo įrenginiui veikiant kurį laiką, plokštelinio-peleko šilumokaičio kanalai palaipsniui užblokuojami dėl susikaupusio anglies dioksido arba drėgmės pėdsakų. Tai rodoma kaip didėjantis temperatūrų skirtumas šiltoje pusėje ir didėjantis apatinis kolonėlės slėgis. Daugelis komandų skuba paleisti iš naujo po apšilimo{5}}, tačiau grynumo atkūrimas užtrunka dvi ar tris dienas. Tinkamas metodas yra pirmiausia sukurti pakankamą aušinimo pajėgumą po įšilimo, paleisti viršutinę kolonėlę esant konservatyviam refliukso santykiui ir tik palaipsniui didinti deguonies gamybą ir grynumą, kai visi temperatūros matavimo taškai stabilizuosis.
Antra, aplinkos oro kokybė nėra be galo gera. Oro atskyrimo įrenginiuose, esančiuose šalia chemijos gamyklų ar plieno gamyklų, dažnai yra nedideli kiekiai amoniako, vandenilio sulfido arba angliavandenilių. Šios priemaišos ne tik paveikia molekulinio sieto tarnavimo laiką,-kai kurie žemai verdantys komponentai gali patekti į distiliavimo kolonėlę ir susikoncentruoti kartu su deguonimi, todėl galiausiai sumažėja deguonies grynumas ir netgi kyla pavojus saugai. Tokiais atvejais primygtinai rekomenduojama pridėti tikslinių adsorbcijos sluoksnių prieš valymo sistemą.
Didelio-grynumo deguonies gamyba naudojant kriogeninę oro atskyrimo įrangą iš esmės yra tikslus oro fizinių savybių panaudojimas. Nuo valymo, aušinimo ir suskystinimo iki dvigubos-kolonėlės distiliavimo – kiekvienas žingsnis sudaro pagrindą galutiniam 99,8 % deguonies srautui. Suprasdami tai, tampa aišku, kodėl skirtingi gamintojai gali gauti tokius skirtingus tikrus grynumo rezultatus iš iš pažiūros identiškų proceso schemų. Tikrasis trūkumas retai būna pačiame procese, o detalių, turinčių įtakos distiliavimo balansui, tvarkymas.
Jei projektas kovoja su nestabiliu deguonies grynumo ar valymo kliūtimis, verta pradėti išnagrinėti aukščiau aptartus pagrindinius valdymo taškus. Techninės problemos dažnai nereikalauja pernelyg sudėtingų sprendimų. Grįžtant prie pagrindinių principų dažnai gaunami tiesiausi atsakymai.
