Криогенная газовая установка — это промышленное предприятие, которое производит молекулярный кислород , молекулярный азот , аргон , криптон , гелий и ксенон относительно высокой чистоты. [1] Поскольку воздух состоит из азота, самого распространенного газа в атмосфере, на 78%, кислорода на 19% и аргона на 1%, а оставшуюся часть составляют следовые газы, криогенные газовые установки разделяют воздух внутри дистилляционной колонны при криогенных температурах (около 100 К/-173 °C) для получения газов высокой чистоты, таких как аргон, азот, кислород и многие другие с содержанием примесей 1 ppm или менее. Процесс основан на общей теории цикла разделения воздуха Хэмпсона-Линде , который был изобретен Карлом фон Линде в 1895 году.
Основная цель криогенной азотной установки — обеспечить клиента газообразным азотом высокой чистоты (GAN), жидким азотом (LIN), жидким аргоном (LAR) и аргоном высокой чистоты PLAR [2] с высокой степенью чистоты, а также извлечь следовые газы, такие как криптон, ксенон и гелий. Жидкий материал высокой чистоты, такой как кислород или азот, производимый криогенными установками, хранится в локальном резервуаре и используется в качестве стратегического резерва. Эту жидкость можно испарять для покрытия пиков спроса или для использования, когда установка не работает. Аргон, ксенон и гелий обычно продаются клиентам в цистернах высокого давления или грузовиках напрямую из-за меньших объемов. [3] Типичные криогенные азотные установки имеют производительность от 200 куб. футов /час до очень больших установок с суточной производительностью 63 тонны азота в день (как установка на месторождении Кантарелл в Мексике).
Криогенное разделение воздуха позволяет получить кислород высокой чистоты более 99,5%. Полученный продукт высокой чистоты можно хранить в виде жидкости и/или заполнять в баллоны . Эти баллоны можно даже поставлять клиентам в медицинском секторе, для сварки или смешивать с другими газами и использовать в качестве дыхательного газа для дайвинга . Завод также производит азот, который используется для производства аммиака для промышленности по производству удобрений , производства флоат-стекла , нефтехимического использования, продувочного газа, [4] очистки аминового газа, газа для уплотнений подшипников и производства полиэстера .
Полученный газ аргон может быть использован в производстве полупроводников [5] и фотоэлектрических элементов . [6]
Криогенная установка состоит из следующих элементов:
Атмосферный воздух грубо фильтруется и сжимается компрессором, который обеспечивает давление продукта для доставки потребителю. Количество всасываемого воздуха зависит от потребности клиента в кислороде.
.png/1280px-Distribution_of_Cryogenically_Produced_Oxygen_(Liquid_and_Gas).png)
Воздушный ресивер собирает конденсат и минимизирует падение давления. Сухой и сжатый воздух выходит из воздушного теплообменника с температурой около 10°C.
Для дальнейшей очистки технологического воздуха существуют различные этапы фильтрации . Сначала удаляется больше конденсата, затем коалесцирующий фильтр действует как гравитационный фильтр, и, наконец, адсорбер, заполненный активированным углем, удаляет часть углеводородов .
Последний блок процесса в теплом конце контейнера - это термический адсорбер (TSA). Блок очистки воздуха очищает сжатый технологический воздух, удаляя любые остаточные водяные пары, углекислый газ и углеводороды . Он состоит из двух сосудов, клапанов и выхлопа, что позволяет менять сосуды. Пока один из слоев TSA находится в работе, второй регенерируется потоком отработанного газа, который выпускается через глушитель в окружающую среду.
Технологический воздух поступает в главный теплообменник в холодильном блоке, где охлаждается в противотоке с потоком отработанных газов. После выхода из главного теплообменника технологический воздух имеет температуру около –112°C и частично сжижается. Полное сжижение достигается за счет испарения охлажденного жидкого кислорода в котле . Пройдя клапан контроля чистоты, технологический воздух поступает в верхнюю часть дистилляционной колонны и стекает вниз через насадочный материал.
Поток испаренного кислорода в кожухе котла возвращается обратно в дистилляционную колонну. Он поднимается через насадочный материал колонны и сталкивается с нисходящим потоком жидкого технологического воздуха.
Жидкий воздух, спускающийся вниз по колонне, теряет азот . Он обогащается кислородом и собирается в основании колонны в виде чистого жидкого кислорода . Он вытекает в котел к клапану жидкого продукта холодного ящика. Анализатор кислорода в режиме реального времени контролирует открытие клапана жидкого продукта для передачи чистого жидкого кислорода низкого давления в резервуар для хранения .
Поднимающийся пар кислорода обогащается азотом и аргоном . Он покидает колонну и выходит из холодного ящика при температуре окружающей среды через главный теплообменник в виде отработанного газа. Этот отработанный газ обеспечивает продувочный газ для регенерации блока TSA и охлаждения холодильной турбины .
Турбины, расположенные в основании холодного ящика, обеспечивают охлаждение для процесса. Поток газа высокого давления из основных теплообменников охлаждается и расширяется до низкого давления в турбине. Этот холодный воздух возвращается в отходящий поток теплообменника для впрыска охлаждения. Энергия, отводимая турбиной, снова появляется в виде тепла в замкнутом цикле воздушного тормоза турбины. Это тепло отводится в охладителе типа «воздух-воздух» отходящим газом из холодного ящика.
Жидкость из резервуара сжимается до высокого давления в криогенном жидкостном насосе . Затем она испаряется в испарителе окружающего воздуха для получения газообразного кислорода или азота. Затем газ высокого давления может проходить в баллоны через газовый коллектор или подаваться в продуктовый трубопровод заказчика.