Для получения основных продуктов разделения воздуха – азота и кислорода -используются воздухоразделительные установки, которые по принципу работы разделены на три основных типа:
- криогенные — с разделением воздуха методом низкотемпературной ректификации;
- адсорбционные — работающие при температуре окружающей среды и обеспечивающие разделение воздуха с помощью адсорбентов;
- мембранные — работающие при температуре окружающей среды и обеспечивающие разделение воздуха с помощью полимерных мембран (молекулярных сит), выполненных в виде капиллярных трубок.
Критерием выбора типа установки является необходимый продукт, его состояние (сжиженное или газообразное), чистота, давление продуктового газа, производительность и экономичность.
Криогенные воздухоразделительные установки (ВРУ)
Принцип работы криогенных воздухоразделительных установок основан на низкотемпературной ректификации сжиженного воздуха. Установки состоят из компрессорного, технологического и вспомогательного оборудования. Упрощенная технологическая схема выглядит следующим образом: воздух после сжатия в компрессоре проходит блоки очистки, где освобождается от влаги, углекислоты и углеводородов, расширяется в детандере с понижением температуры, проходит через теплообменники, сжижается и попадает в ректификационную колонну на разделение, после чего, в зависимости от режима, выдается азот или кислород в жидком или газообразном состоянии.
Криогенные ВРУ технически достаточно сложны, требуют значительного времени для выхода на режим, смену режима и отогрев, включают в себя энергоемкую систему очистки, металлоемкое тепло- и массообменное оборудование, детандер, систему автоматики. Криогенные установки требуют высококвалифицированного обслуживания и достаточно энергоемки. Эти недостатки компенсируются возможностью получения сжиженных продуктов разделения воздуха и чистого медицинского кислорода.
НПО «ГЕЛИЙМАШ» выпускает малые криогенные установки по циклу высокого давления в двух базовых исполнениях: стационарную СКДС-100В и транспортабельную ТКДС-100В, размещенную в двух стандартных 20-футовых контейнерах. Станции предназначены для получения газообразного азота или кислорода под давлением, сжиженного азота или кислорода а также сухого воздуха высокого давления, свободного от примесей. По требованиям заказчиков возможно изготовление установок — модификаций базовых моделей.
Адсорбционные воздухоразделительные установки
Для потребителей газообразного азота и кислорода выпускаются адсорбционные воздухоразделительные установки. Их работа основана на селективном поглощении компонентов воздуха молекулярными адсорбентами по технологии Короткоцикловой безнагревной адсорбции (КБА) или в английском варианте Pressure Swing Adsorption (PSA).
При прохождении сжатого воздуха через один из двух попеременно работающих адсорберов происходит преимущественное поглощение азота или кислорода (одновременно с водяными парами, двуокисью углерода и углеводородными соединениями) из воздуха, а оставшийся газ направляется потребителю. Регенерация адсорбента осуществляется при сбросе давления в адсорбере и его продувке. Рабочий процесс на осуществляется при положительной температуре в полностью автоматическом режиме.
К числу факторов, обеспечивающих конкурентоспособность установок КБА (PSA), относится их сравнительная дешевизна, простота монтажа, эксплуатации и технического обслуживания. Кроме того, установки этого типа отличает компактность оборудования, высокая степень безопасности, надежности, автоматизации технологического процесса (включая пуск и остановку), короткий период пуска и практически неограниченная продолжительность рабочей кампании.
Адсорбционный метод разделения воздуха в достаточно большом диапазоне производительности и концентрации отличается большей экономичностью по сравнению с криогенным методом, что связано с меньшим давлением в цикле. Однако этот метод не позволяет получать чистый технический кислород и сжиженные газы.
Установки КБА для производства кислорода
Воздухоразделительные установки КБА (PSA) предназначенные для получения кислорода, обеспечивают относительно невысокую концентрацию продукта (не более 95%). Эта величина в определенной степени ограничивает применение установок. Не смотря на ограничения по концентрации кислорода, спектр применения установок достаточно широк:
- для получения кислорода для автогенных работ (за исключением автоматической резки металлов);
- в силикатной промышленности и целлюлозно-бумажном производстве;
- в рыбоводстве;
- для обработки сточных вод и обеспечения кислородом озонаторных установок;
- в процессе переработки органических отходов (пиролиз);
- в микробиологических производствах;
- в пищевой и фармацевтической промышленностях, в сельском хозяйстве;
- в других областях для интенсификации технологических процессов.
Установки КБА для производства азота
Серийные воздухоразделительные установки, работающие по принципу КБА (PSA) и предназначенные для производства газообразного азота, обеспечивают чистоту продукта до 99,9995%. Применение дополнительных модулей позволяет получить ещё более чистый азот.
Установки применяются:
- для обеспечения пожаро-взрывобезопасности во время проведения монтажных, профилактических и ремонтных работ на установках, блоках и элементах нефтегазового комплекса;
- для создания «азотной подушки» при переливе и транспортировке нефтепродуктов;
- для создания инертной среды в химических производствах при разделении сложных растворов и смесей, в том числе в лако-красочной промышленности;
- для создания инертных сред в электронной промышленности;
- в качестве средств пожаротушения и прекращения процессов тления в технологических процессах;
- для упаковки пищевых продуктов;
- в других областях для создания нейтральных сред.
Мембранные воздухоразделительные установки
Мембранные воздухоразделительные установки отличаются от остальных выдачей только одного целевого продукта – азота.
По составу оборудования мембранные установки аналогичны адсорбционным, только вместо адсорбционного блока разделения устанавливается блок со стандартными мембранными картриджами. Объем и чистота продуктового азота определяется производительностью компрессора, пропускной способностью мембранных картриджей и соотношением перерабатываемого и продуктового потоков.
Мембраны очень чувствительны к капельной влаге и маслу, поэтому установки эксплуатируются при температуре выше 0?С, а процессу подготовки воздуха уделяется особое внимание.
