Kryogene trennung von luft

Arten der kryogenen Lufttrennung

Die kryogene Trennung von Luft bezieht sich auf eine Reihe von Verfahren, die verwendet werden, um gasförmigen Sauerstoff, Stickstoff und Argon aus der Luft zu gewinnen. Vier Geräte erreichen dieses Ziel in erster Linie, wobei jedes für den gesamten Trennprozess unerlässlich ist.

• Luftkompressor

  Der Luftkompressor übernimmt die Rolle der Reduzierung des Luftvolumens. Er ist ein wichtiger Bestandteil des kryogenen Lufttrennungsprozesses, da er die nachfolgenden Verarbeitungsschritte durch Erhöhung des Luftdrucks ermöglicht.

• Wärmeaustauscher

  Wärmeaustauscher haben die entscheidende Aufgabe, die Druckluft durch einen Vorkühl- und einen Kühlschritt zu kühlen. Der Wärmeaustauscher führt die Vorkühlung durch, indem er ein kaltes Gas in entgegengesetzter Richtung zur Druckluft zirkuliert. Das zirkulierende Gas stammt in der Regel aus der Destillationssäule und ist bereits kalt. Während dieses Prozesses erwärmt sich das Gas und die Druckluft kühlt ab.

  Im nächsten Schritt wird die Druckluft durch ein Joule-Thomson-Ventil weiter abgekühlt und schließlich verflüssigt.

• Trennsäule

  Das Schlüsselelement bei der kryogenen Trennung von Luft ist die Trennsäule, auch Destillationssäule genannt. Sie führt die eigentliche Trennung der verflüssigten Luft in verschiedene Fraktionen durch. Die Trennsäule arbeitet, indem sie die unterschiedlichen Siedepunkte der Luftbestandteile nutzt.

  In diesem Fall wird die verflüssigte Luft schrittweise erwärmt. Sauerstoff mit einem Siedepunkt von -297 °F oder -183 °C ist der erste Bestandteil, der verdampft. Er wird anschließend als Gas aus der Oberseite der Trennsäule gesammelt. Stickstoff und Argon folgen den gleichen Verfahren, um aus verschiedenen Teilen der Destillationssäule extrahiert zu werden.

• Gasheizung

  Gasheizungen haben die Aufgabe, die aus der Trennsäule gewonnenen Gase wieder aufzuheizen. Sie verlieren Wärme an die Umgebung oder an einen Wärmeaustauscher, der Teil der Anlage ist. Die Gasheizungen befinden sich am Ende der Gasleitungen. Die Heizung kann sich auch vor der Zufuhr des Gases zu einer anderen Maschine befinden.

Spezifikation und Wartung der kryogenen Lufttrennung

Spezifikationen

• Luftstrom:

  Der Luftstrom einer Lufttrennungsanlage stellt das Volumen der verarbeiteten Zuluft dar. Typische Luftstrombereiche für eine kryogene Lufttrennungsanlage sind:

  Für kleine Anlagen: etwa 100 bis 2.000 Kubikmeter/Stunde.

  Für mittelgroße Anlagen: etwa 2.000 bis 20.000 Kubikmeter/Stunde.

  Für große Anlagen: über 20.000 Kubikmeter/Stunde, sogar bis zu 100.000 Kubikmeter/Stunde oder mehr für sehr große Anlagen.

• Reinheit:

  Die Reinheit gibt den Anteil der abgetrennten Gase an. Die wichtigsten durch kryogene Lufttrennung abgetrennten Gase sind Stickstoff, Sauerstoff, Argon usw. Die Reinheitsanforderungen variieren je nach Industriebranche.

  Die Reinheit von Sauerstoff liegt typischerweise über 99,5 % oder sogar bis zu 99,9 %.

  Die Reinheit von Stickstoff kann bis zu 99,9 % oder mehr betragen.

• Nebenproduktgewinnung:

  Neben den Hauptprodukten Sauerstoff und Stickstoff können kryogene Lufttrennungsanlagen auch Edelgase wie Argon als Nebenprodukte gewinnen. Die Gewinnungsrate dieser Nebenprodukte liegt typischerweise zwischen 30 % und 80 %, abhängig von der Größe und Technologie der Anlage.

• Kühlmethode:

  Lufttrennungsanlagen verwenden verschiedene Kühltechniken, wie z. B. Luftkühlung, Wasserkühlung oder eine Kombination aus beidem, basierend auf verschiedenen Konstruktionen und Anforderungen.

Wartung

• Wöchentliche Wartung

  Überprüfen Sie die Funktion von Ventilen und Armaturen. Stellen Sie sicher, dass die Ventile und Armaturen einwandfrei und korrekt funktionieren. Es gibt kein Ventilklemm- oder Luftleckproblem.

  Kalibrieren und justieren Sie Durchflussmesser und Manometer. Überprüfen Sie die genauen Messwerte der Durchflussmesser und Manometer. Und justieren und kalibrieren Sie sie nach Bedarf, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messungen zu gewährleisten.

• Monatliche Wartung

  Prüfen Sie den Zustand der Isolierung von Rohrleitungen und Behältern. Stellen Sie sicher, dass die Isoliermaterialien intakt und nicht beschädigt sind, da dies entscheidend für die Aufrechterhaltung niedriger Temperaturen ist.

  Prüfen Sie die Ausrüstung auf Vibrationen und Geräuschpegel. Verwenden Sie Vibrations- und Geräuschdetektoren, um den Betrieb der Lufttrennungsausrüstung zu überwachen. Und stellen Sie sicher, dass keine abnormalen Vibrationen oder Geräuschprobleme auftreten.

• Vierteljährliche Wartung

  Überholen Sie die Kälteanlage. Überprüfen Sie die Dichtheit des Kältekreislaufs. Und stellen Sie sicher, dass kein Kältemittelleck auftritt. Gleichzeitig sollten Sie die Filter und Kühler der Kälteanlage ersetzen oder reinigen, um die Effizienz des Wärmeaustauschs und der Kälteerzeugung zu gewährleisten.

  Führen Sie eine umfassende Inspektion der elektrischen Steuerungssysteme durch. Prüfen Sie elektrische Komponenten wie Schütze, Relais und Betriebsschalter; inspizieren Sie elektrische Stromkreise; und stellen Sie die Zuverlässigkeit der elektrischen Steuerfunktion und die Stabilität des Anlagenbetriebs sicher.

Szenarien der kryogenen Lufttrennung

Die Lufttrennanlagen (ASU), die die kryogene Destillation nutzen, sind für verschiedene Industrien von Vorteil. Im Folgenden finden Sie einige Einsatzszenarien der Lufttrenntechnologie:

• Industrielle Gasversorgung: Die kryogenen Lufttrennanlagen sind die wichtigsten Verfahren zur Produktion von Gasen wie Sauerstoff, Stickstoff und Argon in großen Mengen. Diese Gase werden als Rohstoffe in der metallurgischen Industrie, der chemischen Industrie, der Medizin und anderen Industrien verwendet.
• Medizinische Dienstleistungen: In Krankenhäusern wird eine große Menge Sauerstoff für die Atmung von Patienten benötigt. Das kryogene Lufttrennungsverfahren kann medizinischen Sauerstoff produzieren, um den Bedarf von Krankenhäusern zu decken.
• Luftfahrtindustrie: Die Luftfahrtindustrie verwendet große Mengen an flüssigem Sauerstoff und Stickstoff. So sind beispielsweise kryogene Lufttrennanlagen der Industrie an Flughäfen installiert, um die Luftfahrtindustrie mit flüssigem Sauerstoff und Stickstoff zu versorgen.
• Elektrotechnik: Die Elektrotechnik verwendet oft trockenen Stickstoff, um Oxidation zu verhindern und die Feuchtigkeit zu reduzieren. Die kryogene Trennung von Luft kann den Stickstoff produzieren, den die Elektrotechnik benötigt.
• Lebensmittelkonservierung: Das kryogene Verfahren kann Stickstoff für die Lebensmittelindustrie bereitstellen. Lebensmittel können durch Stickstoff konserviert werden, um die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern.
• CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS): Die kryogene Lufttrennung spielt eine wichtige Rolle bei der Abscheidung von Kohlendioxid (CO2) aus industriellen Prozessen. Durch die selektive Trennung von CO2 von anderen Gasen ermöglicht die kryogene Lufttrennung die Implementierung von CCS-Techniken. Diese Techniken reduzieren die Treibhausgasemissionen, indem sie CO2 einfangen und unterirdisch speichern, wodurch die Auswirkungen des Klimawandels gemildert werden.
• Pharmazeutische Produktion: Die Produktion von pharmazeutischen Produkten erfordert einen hohen Stickstoffstandard. Der Stickstoff wird verwendet, um die Produkte vor Oxidation und chemischen Reaktionen zu schützen. Die kryogene Trennung von Luft kann hochreinen Stickstoff produzieren, um den Bedarf der Pharmaindustrie zu decken.
• Metallurgie und Materialverarbeitung: In der Metallurgieindustrie wird hochreiner Sauerstoff für Sauerstoffgebläsekonverter und zur Verbesserung von Verbrennungs- und Schmelzprozessen benötigt. Die kryogene Trennung von Luft kann hochreinen Sauerstoff für diese Industrien produzieren.
• Halbleiterfertigung: Die Halbleiterfertigungsprozesse erfordern Stickstoff mit ultrahoher Reinheit und Stabilität. Die kryogene Lufttrennung ist in der Lage, Stickstoff der benötigten Reinheit zu erzeugen, der unerlässlich ist, um Verunreinigungen zu vermeiden und die Qualität von Halbleiterprodukten zu gewährleisten.
• Laserschneiden und -schweißen: Laserschneid- und -schweißprozesse erfordern hochreinen Sauerstoff und Stickstoff. Die kryogene Trennung von Luft kann die für diese Prozesse benötigten Gase liefern und so eine hohe Leistung und Effizienz gewährleisten.
• Produktion grüner Energie: Die Produktion von Wasserstoffenergie benötigt Sauerstoff und Stickstoff, um die Prozesse zu gewährleisten. Die Gase werden durch das kryogene Lufttrennungsverfahren erzeugt, das die Rohstoffe für die Wasserstoffenergieproduktion liefert und die Entwicklung grüner Energie fördert.

So wählen Sie die kryogene Lufttrennung

Bei der Auswahl einer Lufttrennungsanlage für eine bestimmte Anwendung müssen die folgenden Faktoren berücksichtigt werden:

• Analyse der Zusammensetzung des Einsatzgases:

  Es ist wichtig zu wissen, was der Rohstoff ist, in diesem Fall Luft. Es muss eine Analyse der Luftzusammensetzung für Gebiete mit einem höheren Prozentsatz an Verunreinigungen wie CO2, H2O usw. durchgeführt werden. Die Konstruktion muss möglicherweise zusätzliche Vorbehandlungssysteme zur Entfernung dieser Verunreinigungen umfassen.

• Gewünschte Produktreinheit:

  Der prozentuale Reinheitsgrad, der für das Zielprodukt (Sauerstoff, Stickstoff oder Argon) benötigt wird, muss festgelegt werden. Abhängig von den wichtigen Märkten wie Gesundheitswesen, industrieller Fertigung oder chemischer Verarbeitung führen unterschiedliche Produktreinheiten zu unterschiedlichen Konstruktionsentscheidungen und Kosten.

• Produktionskapazität:

  Die Größe der Trennungsanlage sollte auf das benötigte Volumen an Sauerstoff, Stickstoff oder Argon basieren, das typischerweise in Kubikmetern pro Stunde oder Tonnen pro Jahr ausgedrückt wird. Darüber hinaus ist es wichtig, über zukünftige Bedürfnisse und mögliche Erweiterungen nachzudenken.

• Standortbedingungen:

  Höhe und Umgebungstemperatur beeinflussen die Gasdichte und die Trenneffizienz. Außerdem müssen der verfügbare Installationsraum und die Anschlussleitungen (Strom, Wasser usw.) berücksichtigt werden.

• Budgetbeschränkungen und Lebenszykluskostenanalyse:

  Die anfänglichen Investitions- und Betriebskosten (Energieverbrauch, Wartung usw.) müssen mit der erforderlichen Leistung in Einklang gebracht werden, um eine wirtschaftlich sinnvolle Wahl zu treffen.

• Sicherheits- und Umweltaspekte:

  Es ist wichtig, die Einhaltung der relevanten Sicherheitsstandards und Umweltvorschriften zu gewährleisten. Daher sind eine gründliche Risikobewertung und eine Umweltverträglichkeitsprüfung erforderlich, um Explosionsgefahren, Leckrisiken usw. zu vermeiden.

Kryogene Lufttrennung Q&A

F1. Ist die kryogene Lufttrennung sicher?

A1. Ja, die kryogene Lufttrennung ist sicher. Großtechnische kryogene Lufttrennanlagen verfügen über Sicherheitssysteme wie jeder andere industrielle Prozess. Die Destillationssäule, die die Luftbestandteile trennt, ist isoliert, um die extrem niedrigen Temperaturen zu halten, die für die Verflüssigung und Trennung von Luft benötigt werden. Aufgrund der extrem niedrigen Temperaturen ist bei der Handhabung von kryogenen Lufttrennanlagen dennoch Vorsicht geboten.

F2. Was sind die Trends auf dem Markt für kryogene Lufttrennung?

A2. Der Markt für Lufttrennung befindet sich im Aufwärtstrend, angetrieben durch das globale industrielle Wachstum und die steigende Nachfrage nach hochreinem Sauerstoff und Stickstoff. Der Markt für kryogene Lufttrennanlagen ist im Aufwind. Neue Technologien führen zu einem effizienteren Energieverbrauch bei Lufttrennungsprozessen. Der wachsende Fokus auf Umweltvorschriften führt zu einer steigenden Nachfrage nach der Trennung von Luft, um Branchen wie Gasrückgewinnung, Verbrennungssteuerung, Abwasserbehandlung und die Produktion von hochreinen Gasen zu unterstützen.

F3. Wie hoch ist die Lebensdauer von kryogenen Lufttrennanlagen?

A3. Die Lebensdauer von kryogenen Lufttrennanlagen beträgt bei regelmäßiger Wartung etwa 15-20 Jahre. Die Hauptkomponenten der Lufttrennungsanlage, wie z. B. die Destillationssäule, Wärmeaustauscher, Fraktionierungssäulen und Luftkompressoren, werden voraussichtlich viele Jahre halten.

F4. Was kostet eine kryogene Lufttrenneinheit?

A4. Kleine kryogene Lufttrenneinheiten können mehrere Millionen Dollar kosten. Größere, komplexere Einheiten, die für den industriellen Einsatz geeignet sind, können mehrere hundert Millionen Dollar kosten.