Кислородные установки — это промышленные системы, предназначенные для получения кислорода. Обычно они используют воздух в качестве сырья и отделяют его от других компонентов воздуха с помощью адсорбции с переменным давлением или мембранного разделения . Такие установки отличаются от установок криогенного разделения, которые разделяют и захватывают все компоненты воздуха.
Кислород находит широкое применение в различных технологических процессах и практически во всех отраслях промышленности. Основное применение кислорода связано с его способностью поддерживать процесс горения и мощными окислительными свойствами.
Благодаря этому кислород стал широко использоваться в процессах обработки металлов, сварки, резки и пайки. В химической и нефтехимической промышленности, а также в нефтегазовом секторе кислород в промышленных объемах используется в качестве окислителя в химических реакциях .
Разделение газов адсорбционными системами основано на дифференциальной скорости адсорбции компонентов газовой смеси твердым адсорбентом.
Современные способы получения газообразного кислорода из воздуха с использованием адсорбционной технологии производят большую долю кислорода в качестве своего выхода. Механизм работы современной кислородной адсорбционной установки основан на изменении поглощения определенного газового компонента адсорбентом при изменении температуры и парциального давления газа.
Таким образом, процессы адсорбции газа и регенерации адсорбента можно регулировать, изменяя параметры давления и температуры.
Процесс потока кислородной установки организован таким образом, что высокопоглощаемые компоненты газовой смеси поглощаются адсорбентом, а низкопоглощаемые и непоглощаемые компоненты проходят через установку. На сегодняшний день существует три способа организации процесса разделения воздуха на основе адсорбции с использованием свинговых технологий: напорный (PSA), вакуумный (VSA) и смешанный (VPSA). В процессах потока адсорбции под давлением кислород извлекается при давлении выше атмосферного, а регенерация достигается при атмосферном давлении . В процессах потока адсорбции под вакуумом кислород извлекается при атмосферном давлении, а регенерация достигается при отрицательном давлении . Работа смешанных систем сочетает в себе изменения давления от положительного до отрицательного.
Адсорбционные кислородные установки производят от 5 до 5000 нормальных кубометров в час кислорода чистотой 93-95%. Эти системы, предназначенные для эксплуатации в помещениях, предназначены для эффективного получения газообразного кислорода из атмосферного воздуха.
Несомненным преимуществом адсорбционных кислородных установок является низкая себестоимость получаемого кислорода в тех случаях, когда нет жестких требований к чистоте получаемого кислорода.
Конструктивно адсорбционная кислородная установка состоит из нескольких адсорберов, компрессорного агрегата, блока предварительной очистки, системы клапанов и системы управления установкой .
Простой адсорбер представляет собой колонну, заполненную слоями специально подобранных адсорбентов — сыпучих веществ, преимущественно адсорбирующих хорошо адсорбируемые компоненты газовой смеси.
В случаях, когда требуется чистота газообразного кислорода на уровне 90-95% при производительности до 5000 нм3 / час, оптимальным выбором являются адсорбционные кислородные установки. Такая чистота кислорода может быть получена и с использованием систем на основе криогенной технологии, однако криогенные установки более громоздки и сложны в эксплуатации.
Некоторые компании производят высокоэффективные системы получения кислорода из атмосферного воздуха с помощью мембранной технологии .
В основе разделения газовых сред с использованием мембранных систем лежит разница в скорости прохождения различных компонентов газовой смеси через вещество мембраны. Движущей силой процесса газоразделения является разница парциальных давлений по разные стороны мембраны.
Современная газоразделительная мембрана, используемая компанией ГРАСИС, уже не является плоской пластиной, а образована полыми волокнами. Мембрана состоит из пористого полимерного волокна, на внешнюю поверхность которого нанесен газоразделительный слой. Конструктивно половолоконная мембрана выполнена в виде цилиндрического картриджа, представляющего собой катушку с определенным образом намотанным полимерным волокном.
Из-за высокой проницаемости мембранного материала для кислорода в отличие от азота, проектирование мембранных кислородных комплексов требует особого подхода. В принципе, существуют две мембранные технологии получения кислорода: компрессорная и вакуумная.
В случае компрессорной технологии воздух подается в пространство волокна под избыточным давлением, кислород выходит из мембраны под небольшим избыточным давлением и при необходимости сжимается дожимным компрессором до требуемого уровня давления . При использовании вакуумной технологии для достижения разности парциальных давлений используется вакуумный насос.
Мембранные кислородные установки, предназначенные для эксплуатации в закрытых помещениях, позволяют эффективно обогащать воздух кислородом до концентрации 30-45%. Комплексы рассчитаны на производительность от 5 до 5000 нм3/час насыщенного кислородом воздуха. [1]
В мембранной кислородной установке разделение газа осуществляется в газоразделительном модуле, состоящем из половолоконных мембран и представляющем собой критический и высокотехнологичный узел установки. Помимо газоразделительного узла, важными техническими компонентами являются бустерный компрессор или вакуумный насос, блок предварительной очистки и система управления установкой.
Внедрение мембранных систем для обогащения воздуха обещает многократную экономию кислорода, где концентрация кислорода 30-45% достаточна для покрытия потребностей процесса [ требуется ссылка ] . Помимо экономии для клиентов на стоимости кислорода для продукта, существует сопутствующий экономический эффект, основанный на чрезвычайно низких эксплуатационных расходах.
Благодаря внедрению мембранной технологии кислородные установки обладают выдающимися техническими характеристиками. Мембранные кислородные установки обладают высокой надежностью за счет отсутствия подвижных частей в газоразделительном модуле.
Системы очень просты в эксплуатации – контроль всех рабочих параметров осуществляется автоматически [ нужна цитата ] . Благодаря высокой степени автоматизации установки, при ее работе не требуется надзор со стороны персонала.
Мембранные кислородные установки находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности по всему миру. При умеренных требованиях к чистоте кислорода в продукте — до 30–45 %, мембранные системы, как правило, оказываются экономически более выгодными, чем адсорбционные и криогенные системы. Кроме того, мембранные установки значительно проще в эксплуатации и надежнее [ требуется цитата ] .