Závod na separáciu vzduchových plynov ASU Závod na medicínsky kyslík

Prehľad

Závod Industrial Purity Nitrogen Plant kombinuje kompresiu vzduchu, adsorpčné čistenie a kryogénnu destiláciu. Produkujú dusík až do 99,999 percentnej čistoty.

Systémy na výrobu dusíka sú bezpečné, spoľahlivé a ľahko sa obsluhujú a udržiavajú. K dispozícii je niekoľko možností v závislosti od potrieb zákazníka. Môžu napríklad zahŕňať záložný výparník a skladovacie zariadenie na zlepšenie dostupnosti a spoľahlivosti alebo zariadenie na kvapalnú kogeneráciu na doplnenie záložného zásobníka kvapaliny. Podobne môže systém výroby dusíka optimalizovať kapitálové výdavky (capex) a prevádzkové výdavky (OPEX) podľa požiadaviek zákazníka. Tieto zariadenia sú plne zabalené pre rýchlu inštaláciu.

1. Kyslíkový závod

2. Indukcia ASU: Zariadenie na separáciu vzduchu oddeľuje vzduch od atmosféry na jeho hlavné zložky, zvyčajne dusík a kyslík a niekedy argón a iné vzácne a inertné plyny.

3. Výrobný proces:

Na dosiahnutie nízkych teplôt destilácie si jednotka na separáciu vzduchu vyžaduje chladiaci cyklus, ktorý funguje pomocou Joule-Thomsonovho efektu, a chladiace zariadenie musí byť umiestnené v izolačnom obale (často označovanom ako „chladiaci box“). Chladenie plynu vyžaduje veľké množstvo energie, aby tento chladiaci cyklus fungoval, a zabezpečuje ho vzduchový kompresor. Moderné ASU využívajú na chladenie expanzné turbíny; výstup expandéra pomáha poháňať vzduchový kompresor, čo zvyšuje účinnosť. Proces zahŕňa nasledujúce hlavné kroky

Druh. Pred stlačením je vzduch predfiltrovaný, aby sa odstránil prach.

b. Vzduch je stlačený a konečný dodávací tlak je určený rýchlosťou regenerácie produktu a tekutým stavom (plyn alebo kvapalina). Typické rozsahy tlaku sú medzi 5 a 10 bar. Prúd vzduchu môže byť tiež stlačený na rôzne tlaky, aby sa zvýšila účinnosť ASU. Počas procesu kompresie voda kondenzuje v medzistupňovom chladiči.

C. Procesný vzduch typicky prechádza cez lôžko s molekulovým sitom, aby sa odstránili všetky zvyškové vodné pary a oxid uhličitý, ktoré môžu zamrznúť a upchať kryogénne zariadenie. Molekulové sitá sú vo všeobecnosti navrhnuté tak, aby odstránili všetky plynné uhľovodíky zo vzduchu, pretože tieto môžu byť problémom pri následných destiláciách vzduchu, čo môže viesť k výbuchom. Lôžko molekulového sita sa musí regenerovať. To sa dosiahne inštaláciou viacerých jednotiek pracujúcich v striedavom režime a použitím suchého koprodukčného odpadového plynu na desorbovanie vody.

d. Procesný vzduch prechádza cez integrovaný výmenník tepla (zvyčajne doskový výmenník tepla) a je ochladzovaný proti prúdu produktu (a odpadu) s nízkou teplotou. Časť vzduchu skvapalní a vytvorí kvapalinu bohatú na kyslík. Zostávajúci plyn je obohatený dusíkom a destilovaný na takmer čistý dusík (zvyčajne < 1="" ppm)="" vo="" vysokotlakovej="" (hp)="" destilačnej="" kolóne.="" kondenzátor="" tejto="" kolóny="" vyžaduje="" chladenie,="" ktoré="" sa="" dosiahne="" expanziou="" prúdu="" bohatšieho="" na="" kyslík="" ďalej="" cez="" ventil="" alebo="" cez="" expandér="" (reverzný="">

e. Alternatívne, keď ASU produkuje čistý kyslík, kondenzátor možno ochladiť výmenou tepla s varákom v nízkotlakovej (LP) destilačnej kolóne (prevádzka pri 1,{1}},3 bar absolútne). Aby sa minimalizovali náklady na kompresiu, kombinovaný kondenzátor/reboiler HP/LP kolóny musí pracovať s teplotným rozdielom iba 1-2 stupňov Kelvina, čo si vyžaduje doskový spájkovaný hliníkový výmenník tepla. Typická čistota kyslíka sa pohybuje od 97,5 percenta do 99,5 percenta a ovplyvňuje maximálnu regeneráciu kyslíka. Chladenie potrebné na výrobu kvapalných produktov sa dosahuje prostredníctvom JT efektu v expandéri, ktorý privádza stlačený vzduch priamo do nízkotlakovej kolóny. Preto sa časť vzduchu neoddeľuje a musí opustiť hornú časť nízkotlakovej kolóny ako odpadový prúd.

F. Keďže bod varu argónu (87,3 K za štandardných podmienok) je medzi kyslíkom (90,2 K) a dusíkom (77,4 K), argón sa hromadí v spodnej časti nízkotlakovej kolóny. Pri výrobe argónu sa odsávanie pary odoberá z nízkotlakovej kolóny, kde je koncentrácia argónu najvyššia. Posiela sa do inej kolóny, aby sa argón upravil na požadovanú čistotu, odkiaľ sa kvapalina vracia na rovnaké miesto v LP kolóne. Čistotu argónu pod 1 ppm je možné dosiahnuť použitím modernej štruktúrovanej náplne s veľmi nízkou tlakovou stratou. Hoci je argón prítomný v nástreku v množstve menšom ako 1 percento, stĺpec so vzduchovým argónom vyžaduje veľa energie v dôsledku vysokého refluxného pomeru (asi 30), ktorý sa vyžaduje v argónovej kolóne. Chladenie argónovej kolóny môže byť zabezpečené studenou expandovanou bohatou kvapalinou alebo kvapalným dusíkom.

G. Nakoniec sa produkt vyrobený v plynnej forme zahreje na okolitú teplotu v privádzanom vzduchu. To si vyžaduje starostlivo navrhnutú tepelnú integráciu, ktorá musí brať do úvahy odolnosť voči poruchám (v dôsledku prepínania lôžok molekulových sit). Počas spúšťania môže byť potrebné aj dodatočné externé chladenie.