1. Inngangur: Stefnumótandi hlutverk loftaðskilnaðareininga
Loftaðskilnaðareiningin (ASU) er nauðsynlegur kjarnainnviði fyrir nútíma iðnað. Með háþróuðum eðlis- og efnafræðilegum ferlum aðskilur og hreinsar það alls staðar andrúmsloft í aðallofttegundum -há-súrefnis (O₂), köfnunarefnis (N₂) og argon (Ar), meðal annarra -og gefur þeim sveigjanlega í annað hvort fljótandi eða lofttegund. Þetta ferli nýtir ekki aðeins náttúruauðlindir að fullu heldur þjónar einnig sem hornsteinn skilvirkrar, hreinnar og öruggrar starfsemi í mörgum lykilatvinnugreinum. Allt frá logandi ofnum stálframleiðslu til lífs-sparandi læknisfræðilegs súrefnis, allt frá ljósgreiningu og ætingu fyrir háþróaða-hálfleiðara til hins óvirka andrúmslofts sem varðveitir matvæli, „iðnaðarlífæð“ sem ASU býður upp á gegnsýrir alla þætti þjóðhags- og tækniþróunar. Tæknileg hæfileiki þeirra og rekstraráreiðanleiki hefur bein áhrif á samkeppnishæfni og sjálfbæra þróun eftirstöðva.
2. Kjarnaaðskilnaðartækni: meginreglur og notagildi
ASU loftaðskilnaður byggir fyrst og fremst á eftirfarandi þremur kjarnatækniaðferðum, hver með sínar einstöku meginreglur, kosti og viðeigandi aðstæður:
Cryogenic eiming:
Meginregla: Þetta er gulls ígildi tækni fyrir stór-, há-hreint gasframleiðslu. Meginregla þess er að nýta verulegan mun á suðumarki milli lofthluta (aðallega nitur, súrefni og argon) (N₂: -195,8 gráður, O₂: -183 gráður, Ar: -185,9 gráður). Ferlið er mjög samþætt: Umhverfisloft fer í fjölþrepa þjöppun og þrýstingsaukning. Það er síðan kælt niður í nálægt eða við vökvapunkt (u.þ.b. -172 gráður til -190 gráður) með djúpri forkælingu og aðalvarmaskipti. Fljótandi loftið er síðan sett inn í eimingarsúlukerfi (venjulega tvöfalda dálka uppbyggingu - háþrýsti neðri súlu og lágþrýstings efri súla).
Eimingarferli: Innan eimingarsúlunnar verða gas- og vökvafasarnir í mikilli mótstraumssnertingu á bökkum eða pökkun. Köfnunarefni, með lægsta suðumark, gufar helst upp og rís upp í topp turnsins og myndar há-köfnunarefnisafurð. Súrefni, með hærra suðumark, hefur tilhneigingu til að einbeita sér í vökvafasanum neðst. Í gegnum margfalda, endurtekna hluta gufu- og þéttingarferla innan turnsins eru íhlutirnir smám saman hreinsaðir. Á endanum fæst há-köfnunarefni (nær meira en 99,999%) efst á lágþrýsti efri turninum og há-fljótandi súrefni neðst. Argon-auðgað hlutinn er venjulega dreginn úr miðjum efri turninum og færður í sérstakan argonsúlu til frekari eimingar og hreinsunar til að framleiða fljótandi argon með há{11}}hreinleika.
Kostir: Ofur-mikil vinnslugeta (allt að hundruð þúsunda Nm³/klst. O₂), hár hreinleiki afurða (sérstaklega fyrir súrefni, köfnunarefni og argon), sveigjanlegt vöruform (vökvi/gas), samtímis framleiðsla margra há-hreinleika lofttegunda og tiltölulega lítil orkunotkun (í stórum stíl).
Notkun: Stór-iðnaðargasframleiðsla (stál-, efna-, kolefnaiðnaður), miklar hreinleikakröfur (raftæki, læknisfræði) og forrit sem krefjast fljótandi köfnunarefnis/fljótandi súrefnis (Köld orkunýting LNG, eldflaugadrifefni). Pressure Swing Adsorption (PSA):
Meginregla: Það nýtir muninn á aðsogsgetu eða dreifingarhraða tiltekinna aðsogsefna (svo sem kolefnisameindasíur og zeólítsameindasigta) fyrir mismunandi gassameindir í loftinu. Ef köfnunarefnisframleiðsla er tekin sem dæmi, þá hafa kolefnisameindasíur mun meiri aðsogsgetu og dreifingarhraða fyrir súrefni en fyrir köfnunarefni. Þegar þjappað loft fer inn í aðsogsturn fylltan kolefnisameindasigti, aðsogast súrefni, vatnsgufa, koltvísýringur og aðrar lofttegundir hratt í svitaholur sameindasigtanna á meðan köfnunarefni streymir út úr turninum sem afurðargas. Þegar aðsogsefnið nálgast mettun losnar aðsoguðu lofttegundirnar með því að draga hratt úr turnþrýstingnum (afsog/endurnýjun). Venjulega eru tveir eða fleiri aðsogsturna starfræktir samhliða, með forritanlegum ventilrofi til að ná stöðugum frásogs- og endurnýjunarlotum, sem leiðir til stöðugrar köfnunarefnisframleiðslu.
Kostir: Tiltölulega einfalt ferli flæði, hröð gangsetning, mikill sveigjanleiki í rekstri, tiltölulega lítil fjárfesting (fyrir litla og meðalstóra vog), mikil sjálfvirkni og tiltölulega auðvelt viðhald. Notkun: Lítil- til miðlungs-köfnunarefnisþörf (95%-99,999% hreinleiki), gasframleiðsla á-stað, forrit með vægari kröfur um súrefnishreinleika (eins og súrefnisauðgað loftun fyrir skólphreinsun) og aðstæður sem krefjast skjótra viðbragða. PSA súrefnisframleiðslutækni er einnig að þróast.
Himnuaðskilnaður:
Meginregla: Notar holar trefjar eða flatar himnur úr sérhæfðum fjölliðum eða ólífrænum efnum. Þessi himnuefni sýna sértækt gegndræpi fyrir lofttegundum. Þegar þjappað loft streymir í gegnum aðra hlið himnunnar leysast gassameindir með hraðari gegndræpi (svo sem súrefni og vatnsgufu) helst upp og dreifist í gegnum himnuveggjann og einbeita sér að hinni hliðinni (gegndræpihliðinni). Gassameindir með hægari gegndræpi (eins og köfnunarefni) festast og safnast saman á fóðurhliðinni (retentathliðinni) og ná þannig aðskilnaði. Algengasta notkunin er framleiðsla á auðguðu köfnunarefni (N₂).
Kostir: Einstaklega einföld og fyrirferðarlítil uppbygging búnaðar, engir hreyfanlegir hlutar, einstaklega auðveld aðgerð, tafarlaus gangsetning, léttur þyngd, lítill hávaði og lágmarks fjárfestingarkostnaður (fyrir lítil-framleiðsla). Notkun: Lítil-mælikvarði, lítinn-hreinleika köfnunarefnisþarfir (95%-99,5%), umhverfi með takmarkað pláss (eins og ílát og fartæki), hlífðargas fyrir tækjabúnað og hreinsigas fyrir matvælaumbúðir.
3. Ítarleg skýring á kjarnakerfishlutum loftaðskilnaðareininga
Fullkomin nútímaleg -fryst loftaðskilnaðareining í stórum stíl (almenn tækni) er mjög samþætt, flókið kerfisverkfræðiverkefni, sem samanstendur fyrst og fremst af eftirfarandi lykilundirkerfum:
Loftþjöppunarkerfi:
Virkni: Veitir orkugjafa fyrir allt aðskilnaðarferlið, dregur að sér andrúmsloftið og þjappar því saman í nauðsynlegan háþrýsting (venjulega frá nokkrum til tugum bör).
Kjarnabúnaður:
Main Air Compressor: Performs the majority of the compression work. Large ASUs (>10.000 Nm³/klst. O₂) nota almennt há-nýtni, mikið-flæði, fjöl-flæði miðflóttaþjöppur (gufu-/mótorknúnar), ásamt háþróaðri loftaflfræðilegri hönnun og hjólhýsi. Meðal-kvarðaeiningar geta notað fjöl-miðflótta eða há-afköst skrúfuþjöppur. Lítil einingar geta notað stimpil- eða skrúfuþjöppur.
Örvunar-/endurþjöppunarkerfi: Veitir háþrýstilofti til þenslubúnaðarins eða eykur þrýsting vörugassins. Íhugunarefni: Skilvirkni (kjarnaorkunotkun), áreiðanleiki, bylgjustjórnun, hávaðaminnkun og drifaðferð (gufuhverfla, rafmótor, gastúrbína) eru lykilatriði í vali og hönnun.
Loftkæli- og hreinsunarkerfi:
Virkni: Fjarlægir óhreinindi eins og raka, koltvísýring, kolvetni (svo sem asetýlen) og nituroxíð (N₂O) úr þjappað lofti. Þessi óhreinindi geta frosið og stíflað búnað og lagnir (sérstaklega aðalvarmaskipti) við lágt hitastig. Kolvetni skapar sprengihættu í súrefnisríku umhverfi-.
Kjarnabúnaður og ferli:
Precooling System: Utilizing cooling towers or mechanical refrigeration units (chillers), compressed air is cooled from the high outlet temperature (>100 gráður) til nálægt-umhverfishita (~10-30 gráður) í gegnum vatnskælda varmaskipti eða kæliturna í beinni snertingu, sem þéttir og aðskilur megnið af fljótandi vatni.
Hreinsunarkerfi: Nútíma ASUs nota næstum eingöngu tvíþætta (eða margfalda) sameinda sigti aðsogsbúnað. Aðsogsefnið (aðallega súrál og zeólít sameindasigtar) gleypir raka, CO₂, flest kolvetni og N₂O við stofuhita. Tvöfalda-turnhönnunin tryggir að á meðan annar turninn er aðsog, er hinn turninn hitaður, endurnýjaður og kældur með því að nota lítið magn af þurru vörugasi (eða heitu lofti), sem tryggir stöðuga og truflaða gasflæði. Þetta kerfi er mikilvægt til að tryggja langtíma, öruggan og stöðugan rekstur einingarinnar-.
Aðalvarmaskiptakerfi:
Virkni: Gerir skilvirka hitaskipti milli heits og kaldra vökva. Meginhlutverk þess er að djúpkæla-hreinsað, há-loftþrýstiloft þar sem það er nálægt vökvapunkti þess (u.þ.b. -170 gráður) á sama tíma og það endurhitar lághita afurðarlofttegundirnar (súrefni, köfnunarefni og mengað köfnunarefni) í nærri umhverfishita og dregur verulega úr kalda orkunotkuninni.
Kjarnabúnaður: Álplötu-uggavarmaskipti (BAHX) eru ríkjandi val. Þeir bjóða upp á mikla þéttleika, framúrskarandi hitaflutningsskilvirkni, sterka þrýstingsþol og létta hönnun. Margar stórar plötu-varmaskiptaeiningar eru venjulega samþættar kjarnakælibúnaði, svo sem eimingarsúlur, í mjög einangruðum kæliboxi til að lágmarka kælitap.
Eimingarsúlukerfi (kryógenísk kjarni):
Virkni: Kjarnaaðstaðan fyrir endanlegan aðskilnað og hreinsun lofthluta.
Dæmigert uppbygging:
Háþrýstingssúla (neðri dálkur): Tekur við háþrýstingslofti frá aðalvarmaskiptanum, kælt niður í nálægt vökvapunkti hans. Upphafsaðskilnaður er framkvæmdur við þennan þrýsting og myndar há-köfnunarefnisgas efst og súrefnis-auðgað fljótandi loft (u.þ.b. 35-40% O₂) neðst.
Lágþrýstingssúla (Efri dálkur): Tekur á móti súrefnis-auðguðu fljótandi lofti frá neðri súlunni (minnkað með inngjöfarloka) og há-köfnunarefnisgasi frá toppi neðri súlunnar (fljótandi með eimsvala uppgufunartæki). Lokaeiming er framkvæmd við nærri-venjulegan þrýsting (örlítið yfir loftþrýstingi). Hár-köfnunarefnisgas (gas eða vökvi) er framleitt efst og há-súrefnisgas (gas eða vökvi) er framleitt neðst. Eimsvalinn/uppgufunarbúnaðurinn er lykilhluti sem tengir saman efri og neðri súlurnar og nýtir þéttingarhita köfnunarefnisgass efst á neðri súlunni til að gufa upp fljótandi súrefni neðst á efri súlunni.
Hrá/hreinsuð argon dálkur: Stórar ASUs draga venjulega argonhluta sem inniheldur um það bil 8-12% argon úr miðjum efri dálkinum. Í fyrsta lagi fjarlægir hráargon súlan (venjulega samanstendur af tveimur þrepum) megnið af súrefninu til að framleiða hráargon (inniheldur O₂ < 2ppm, N₂ < 100ppm). Hráa argonið fer síðan inn í hreinsaða argon súluna, þar sem hvatavetnun (eða frosteiming) fjarlægir súrefni og frekari sundrun fjarlægir köfnunarefni og gefur að lokum háhreint fljótandi argon (Stærra en eða jafnt og 99,999%).
Íhugunarefni: Skilvirkni súlu (val á bakka/pökkun), vökvadreifingu, þrýstingsstýringu og forvarnir gegn flóðum/leka eru lykilatriði í hönnun.
Útvíkkunarkerfi:
Virkni: Þetta er kjarna kælibúnaðurinn sem veitir kæligetu sem þarf fyrir allt frostkerfi. Meginreglan um adiabatic stækkun háþrýstingsgass til að mynda utanaðkomandi vinnu (drifja rafal eða bremsuviftu) veldur því að gashitinn lækkar verulega (Joule-Thomson áhrif).
Kjarnabúnaður: Turboexpander er aðalstraumurinn. Hár-loftþrýstingi (eða köfnunarefni) frá miðhluta aðalvarmaskiptisins, sem er ekki að fullu fljótandi, er sett inn í þensluna, þar sem það þenst hratt út í lágan þrýsting (nálægt efri súluþrýstingnum), sem veldur því að hitastigið lækkar verulega niður fyrir vökvamarkið. Þetta framleiðir mikið magn af fljótandi lofti (eða fljótandi köfnunarefni), sem endurnýjar kæligetu til að vega upp á móti tapi á hitaleka og kælingu sem varan ber með sér. Skilvirkni stækkunartækisins hefur bein áhrif á orkunotkun einingarinnar.
Vörugeymslu- og uppgufunarkerfi:
Virkni: Jafnvægi framleiðslu og eftirspurnarsveiflna, tryggir stöðugt gasframboð; útvega fljótandi vörur.
4. Víðtæk notkunarsvæði loftskilningseininga
ASU vörur hafa margs konar notkun, sem hefur mikil áhrif á margar stoðgreinar nútímasamfélags:
Málmbræðsla og vinnsla:
Stál: Há-hreint súrefni er kjarnahráefnið fyrir stálframleiðslu í grunnsúrefnisofnum (BOF), sem bætir verulega skilvirkni, dregur úr orkunotkun og dregur úr óhreinindum. Köfnunarefni er notað til að hreinsa ofnfóður, stöðuga steypuvörn og hitameðferð andrúmslofts. Argon er notað í argon súrefnishreinsun (AOD) til að betrumbæta ryðfríu stáli og sérstáli.
Ó-járnmálmar: Súrefni er notað til brennslu súrefniseldsneytis (kopar-, áls-, blý- og sinkbræðslu), leifturbræðslu, ofan-blásturs í kafi og öðrum ferlum til að bæta bræðslustyrk og hitauppstreymi. Köfnunarefni er notað sem verndandi andrúmsloft.
Efna- og jarðolíuiðnaður:
Grunnefni: Súrefni er notað í kolgasun (tilbúið ammoníak, metanól og vetni), aukinn brennslu í etýlen sprunguofnum og brennisteinssýru/saltpéturssýru framleiðslu. Köfnunarefni er notað til að hreinsa, virkja, þétta, burðargas og þrýstiflutning.
Kolefnaiðnaður: Kolgasun í stórum-skala (IGCC, kol-í-vökva og kol-í-ólefín) krefst mikils magns af há-hreint súrefni sem gasunarefni.
Olíuhreinsun: Súrefni er notað til súrefnis-auðgaðrar endurnýjunar í vökvahvarfasprungu (FCC) endurnýjunarstöðvum og seinkaðri kóksun. Köfnunarefni er mikið notað til öryggishreinsunar og óvirkni. Rafeindatækni og hálfleiðarar:
Ofur-Hreinleikalofttegundir: Lofttegundir eins og köfnunarefni, súrefni, argon og vetni krefjast hreinleika sem nær ppb (hlutum á milljarði) eða jafnvel ppt (hlutum á trilljón) til notkunar í mikilvægum ferlum í oblátaframleiðslu, svo sem steinþrykk, ætingu, efnagufuútfellingu (CVD, ígræðslu), vernd. 6. ASU eru aðal uppspretta mikillar-hreinleika lofttegunda fyrir framendann.
Heilsugæsla:
Læknisfræðilegt súrefni: Miðstýrð súrefniskerfi sjúkrahúsa, súrefnismeðferð heima, bráðalæknisþjónusta og svæfingaröndunarvélar treysta á ASU fyrir há-súrefni sem uppfyllir stranga lyfjaskrárstaðla.
Aðrar læknisfræðilegar lofttegundir: Fljótandi köfnunarefni er notað til læknisfræðilegrar frostverndar (varðveita frumur, vefi, sæði og egg) og skurðlækna. Há-köfnunarefni er notað í framleiðslu lækningatækja.
Matur og drykkur:
Matur-Köfnunarefni: Sem kjarnameðlimur „matargas“ fjölskyldunnar er það mikið notað í:
Modified Atmosphere Packaging (MAP): Það kemur í stað súrefnis í umbúðum, hindrar örveruvöxt og oxun, lengir verulega geymsluþol matvæla (kjöt, ávexti og grænmeti, snakk, kaffi og mjólkurvörur). Köfnunarefnisfylling til að varðveita ferskleika: Köfnunarefni er bætt ofan á drykk (bjór, safa) og matarolíuílát til að koma í veg fyrir oxun og skemmdir.
Eyðing og hreinsun: Skapar óvirkt verndandi andrúmsloft í matvælavinnslu, geymslutankum og leiðslum.
Fljótandi köfnunarefni: Notað til að hraðfrysta matvæli (til að varðveita bragð og næringarefni), flutning í kælikeðju og mala við lágt-hitastig (fyrir krydd osfrv.).
Orka og umhverfisvernd:
Súrefni-Auðgað brennsla/hreint súrefnisbrennsla: Notað í iðnaðarofnum eins og kola-kyndum/gas-orkuverum, glerbræðsluofnum og sementsofnum, eykur það logahita og brennslunýtni, dregur úr eldsneytisnotkun og framleiðir há{3 CO} CO} útblástursgas fyrir síðari fanga (CCUS).
Kolgasification/IGCC: ASU er kjarnaeining samþættrar kolgösunar samsettrar raforkuframleiðslu og kolefnaverksmiðja.
Meðhöndlun frárennslisvatns: Með því að nota súrefnis-auðgaða loftun eða hreina súrefnisloftunartækni bætir skólphreinsunargeta, skilvirkni og stöðugleika verulega, sérstaklega þegar meðhöndlað er-mikilstyrk lífræns skólps. 7. NEWTEK: Your Air Separation Unit EPC and Turnkey Solutions Expert
Í loftaðskilnaðargeiranum nær árangur verkefna langt umfram það að velja rétta tæknileiðina. Stór, flókin loftaðskilnaðarverkefni í iðnaði fela í sér fjölmörg sérhæfð viðmót (ferli, búnað, lagnir, rafmagn, tækjabúnað, mannvirkjagerð, uppsetningu og gangsetningu), stranga eftirlitsstaðla (öryggi og umhverfisvernd), nákvæma áætlunarstjórnun og samhæfingu víðtækra auðlinda. Þetta er kjarnagildi NEWTEK-við bjóðum upp á end-to-End EPC (verkfræði, almenn verktaka) og heildarlausnir, allt frá hugmyndahönnun til stöðugs rekstrar.
5. NEWTEK: Sérfræðingur þinn í loftaðskilnaðareiningum EPC og turnkey lausnum
Í loftaðskilnaðargeiranum gengur verkefni langt út fyrir að velja réttu tæknina. Stór, flókin loftaðskilnaðarverkefni í iðnaði fela í sér fjölmörg sérhæfð viðmót (ferli, búnað, lagnir, rafmagn, tækjabúnað, mannvirkjagerð, uppsetningu og gangsetningu), stranga eftirlitsstaðla (öryggi og umhverfisvernd), nákvæma áætlunarstjórnun og samhæfingu víðtækra auðlinda. Þetta er kjarnagildi NEWTEK-við bjóðum upp á end-to-Engineering, Project Construction og heildarlausnir, allt frá hugmyndahönnun til stöðugs rekstrar.
6. Niðurstaða: Að styrkja framtíð iðnaðarins
Loftaðskilnaðareiningar eru „gashjartað“ nútíma iðnaðarmenningarinnar. Með tækniframförum og iðnaðaruppfærslum heldur eftirspurn eftir háum-hreinleika, fjölbreyttum, stórum-og litlum-kostnaði iðnaðarlofttegunda áfram að vaxa, sem gerir meiri kröfur um skilvirkni, áreiðanleika, öryggi og umhverfisframmistöðu þessara eininga. Að velja rétta tæknilega leiðina er grundvallaratriði, en val á samstarfsaðila með sterka auðlindasamþættingargetu og víðtæka verkfræðireynslu skiptir sköpum fyrir árangur verkefnisins.
Sem faglegur EPC þjónustuaðili á sviði gasverkfræði, hefur NEWTEK skuldbundið sig til að hjálpa viðskiptavinum að sigrast á fjölmörgum áskorunum flókinna iðnaðarverkefna í gegnum samþætta, sérhæfða og sérsniðna loftskilunareiningu EPC og turnkey lausnir. Við erum meira en bara tækjabirgir eða hönnunarstofnun; við erum ráðgjafi þinn um árangur-til-lokaverkefnis. Frá teikningu til stöðugs gasflæðis, NEWTEK tryggir að fjárfesting þín í loftskilunareiningum skili sér í skilvirkri framleiðni, áreiðanlegri aðfangakeðju og umtalsverðum efnahagslegum ávinningi, sem leggur traustan „gas“ grunn fyrir þig til að keppa á harðvítugum samkeppnismarkaði.
