Luftzerlegungs

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Januar 3, 2017 Ursel Franke L 0 24

Eine Luftzerlegungsanlage trennt atmosphärische Luft in ihre Hauptbestandteile, typischerweise Stickstoff und Sauerstoff, und manchmal auch Argon und andere seltene Inertgase.

Die gebräuchlichste Methode zur Luftzerlegung ist kryogene Destillation. Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen sind so gebaut, Stickstoff oder Sauerstoff und oft co-produzieren Argon bereitzustellen. Andere Verfahren wie Membranverfahren, Druckwechseladsorption und Vacuum Pressure Swing Adsorption, werden kommerziell verwendet, um eine einzelne Komponente aus gewöhnlicher Luft zu trennen. Hochreiner Sauerstoff, Stickstoff und Argon für Halbleitervorrichtungen verwendet wird, erfordert kryogene Destillation. Ähnlich sind die einzige lebensfähige Quellen der Edelgase Neon, Krypton und Xenon ist die Destillation von Luft unter Verwendung von mindestens zwei Destillationskolonnen.

Kryogene Verflüssigungsprozess

Reine Gase können aus der Luft durch eine erste Abkühlung bis es sich verflüssigt, dann selektiv Destillieren der Komponenten bei ihren unterschiedlichen Siedetemperaturen getrennt werden. Das Verfahren kann hochreine Gase zu produzieren, sondern ist energieintensiv. Dieses Verfahren wurde von Dr. Carl von Linde in dem frühen 20. Jahrhundert Pionierarbeit geleistet und wird auch heute noch verwendet, um hochreine Gase zu produzieren.

Das kryogene Trennverfahren erfordert eine sehr enge Integration von Wärmetauschern und Trennsäulen, um einen guten Wirkungsgrad und die gesamte Energie für die Kälte erhalten wird durch die Kompression der Luft an dem Einlass der Einheit zur Verfügung gestellt.

Die niedrigen Destillationstemperaturen eine Lufttrennungseinheit erfordert einen Kühlkreislauf, der mit Hilfe des Joule-Thomson-Effekt arbeitet, und die kalte Ausrüstung hat, um in einem isolierten Raum gehalten werden, zu erreichen. Die Kühlung der Gase erfordert eine große Menge an Energie, um dieses Kühlkreislauf funktioniert und wird von einem Luftkompressor geliefert. Moderne ASUs Verwendung Expansionsturbinen zur Kühlung; der Ausgang des Expanders hilft treiben den Kompressor für eine verbesserte Effizienz. Das Verfahren besteht aus den folgenden Hauptschritten:

  • Vor der Kompression ist die Luft von Staub vorgefiltert.
  • Luft komprimiert wird, wo die endgültige Förderdruck wird durch Wiedereinziehungen und flüssigen Zustand der Produkte bestimmt. Typische Drücke liegen im Bereich zwischen 5 und 10 bar Überdruck. Der Luftstrom kann auch auf unterschiedliche Drücke komprimiert, um den Wirkungsgrad der ASU verbessern. Während der Kompression Wasser wird in Zwischenstufenkühler kondensiert.
  • Die Prozessluft wird in der Regel durch ein Molekularsieb-Bett, das alle verbleibenden Wasserdampf entfernt, ebenso wie Kohlendioxid, das Einfrieren und stecken Sie das kryogene Ausrüstung wäre übergeben. Molekularsiebe sind häufig so ausgelegt, alle gasförmigen Kohlenwasserstoffe aus der Luft zu entfernen, da diese ein Problem bei der nachfolgenden Destillation von Luft, die zu Explosionen führen könnten. Die Molekularsiebe Bett regeneriert werden muss. Dies wird durch die Installation von mehreren Einheiten, die in Wechselmodus und mit dem Trocken koproduziert Abgas, um das Wasser zu desorbieren getan.
  • Prozessluft wird durch einen integrierten Wärmetauscher geleitet und gegen Produkt kryogenen Ströme gekühlt. Ein Teil der Luft verflüssigt wird, um eine Flüssigkeit, die mit Sauerstoff angereichert ist, zu bilden. Das restliche Gas ist reicher an Stickstoff und an fast reinem Stickstoff in einer Hochdruck-Destillationskolonne destilliert. Der Kondensator dieser Spalte erfordert Kühlung, die aus den Ausbau der mehr sauerstoffreichen Strom weiter über ein Ventil oder durch einen Expander erhalten wird ,.
  • Alternativ kann der Kondensator durch Austauschen von Wärme mit einem Reboiler in einer Niederdruckdestillationskolonne, wenn die ASU ist die Herstellung von reinem Sauerstoff abgekühlt werden. Um die Kompressionskosten die kombinierte Kondensator / Aufkocher der HP / LP-Spalten muss mit einem Temperaturunterschied von nur 1-2 Kelvin Betrieb zu minimieren, erfordern Rippenplatte gelöteten Aluminiumwärmetauscher. Typische Sauerstoffreinheiten reichen in 97,5% bis 99,5% und beeinflusst die maximale Rückgewinnung von Sauerstoff. Die zur Erzeugung von flüssigen Produkten erforderliche Kälte wird unter Verwendung des JT-Effekt in einem Expander, die Druckluft zu der Niederdrucksäule speist direkt erhalten. Damit ist ein bestimmter Teil der Luft, nicht getrennt werden und muss der Niederdruckkolonne als Abfallstrom von seinem oberen Abschnitt zu verlassen.
  • Da der Siedepunkt von Argon zwischen der von Sauerstoff und Stickstoff, Argon baut sich in dem unteren Abschnitt der Niederdrucksäule. Wenn Argon erzeugt wird, wird ein Dampfseitenabzug aus der Niederdrucksäule, wo die Argonkonzentration am höchsten gemacht. Es wird zu einer anderen Kolonne Gleichrichten des Argon zu der gewünschten Reinheit aus dem Flüssigkeit auf die gleiche Stelle in der LP-Säule zurückgeführt wird gesendet. Verwendung moderner strukturierten Packungen, die sehr niedrige Druckabfälle haben ermöglichen Argon Reinheiten von weniger als 1 ppm. Wenn Argon in weniger bis 1% des einfall vorhanden ist, die Luft Argonkolonne erfordert eine erhebliche Menge an Energie aufgrund der in der Argonkolonne notwendigen hohen Rücklaufverhältnis. Abkühlen der Argonkolonne kann von kaltgeschäumtem reiche Flüssigkeit oder flüssiger Stickstoff zugeführt werden.
  • Schließlich werden die in Gasform hergestellten Produkte sind gegen die einströmende Luft auf Umgebungstemperatur erwärmt. Dies erfordert eine sorgfältig gestaltete Wärmeintegration, die für die Robustheit gegenüber Störungen zu ermöglichen müssen. Es kann auch verlangen, zusätzliche externe Kühlung bei der Inbetriebnahme.

Die abgetrennten Produkte werden manchmal durch Pipeline, um große industrielle Anwender in der Nähe der Produktionsanlage zugeführt wird. Langstreckentransport von Produkten ist durch die Schifffahrt flüssiges Produkt für große Mengen oder als wassergefüllten Kolben oder Gasflaschen für kleine Mengen.

Nicht-Tieftemperaturprozesse

Druckwechseladsorptionsverfahren bietet Abtrennung von Sauerstoff oder Stickstoff aus Luft, ohne Verflüssigung. Das Verfahren arbeitet in der Umgebung Umgebungstemperatur; ein Zeolith ist mit Hochdruckluft ausgesetzt wird, dann wird die Luft freigesetzt wird und eine adsorbierte Schicht aus dem gewünschten Gas freigesetzt. Die Größe des Kompressors wesentlich über einem sigungsanlage reduziert und tragbaren Sauerstoffkonzentratoren auf diese Weise gemacht, um sauerstoffangereicherte Luft für medizinische Zwecke bereitzustellen. Vakuumwechseladsorptionsanlage ist ein ähnlicher Prozess, jedoch wird das Produktgas aus dem Zeolith bei subatmosphärischem Druck entwickelt.

Membrantechnologien können alternative bereitzustellen, nähert niedrigerer Energie zur Luftzerlegung. Zum Beispiel sind eine Reihe von Ansätzen, die für die Sauerstofferzeugung untersucht. Polymermembranen, die bei Umgebungstemperatur oder warme Temperaturen, beispielsweise in der Lage, mit Sauerstoff angereicherte Luft zu erzeugen. Keramikmembranen können Sauerstoff hoher Reinheit zu erhalten, erfordern aber höhere Temperaturen zu funktionieren. Diese keramischen Membranen umfassen Ionentransportmembranen und Sauerstofftransportmembranen. Air Products and Chemicals Inc und Praxair entwickeln Flach ITM und Rohr OTM-Systeme auf.

Anwendungen

Für Kohlevergasungsprojekte werden große Mengen von Sauerstoff erforderlich ist; Tieftemperatur-Anlagen zur Produktion von 3000 Tonnen / Tag sind in einigen Projekten gefunden. In der Stahlerzeugung Sauerstoff wird für die Grundoxygenstahl erforderlich. Große Mengen von Stickstoff mit niedrigem Sauerstoff Verunreinigungen werden zur Inertisierung Lagertanks von Schiffen und Tanks für Erdölprodukte, oder zum Schutz von Speiseölprodukte aus der Oxidation eingesetzt.

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