Luftseparationsenheter (ASU) - installationer för att separera luft i komponenter, nämligen: syre , kväve , argon , neon , xenon , krypton . Gassammansättningen av luft på jorden är densamma, med undantag för koldioxid, kolväten och ammoniak, vars koncentration är flera (3 eller fler) storleksordningar mindre än innehållet av syre och kväve.
Luftseparationsenheter är uppdelade efter trycket i separationscykeln: P = 15 ÷ 20 MPa - högt tryck, P = 4 ÷ 7 MPa - medeltryck, P = 0,5 ÷ 1,2 MPa - lågt tryck.
Historiskt har det funnits flera sätt att separera luft.
Originalet för de befintliga ASU:erna var luftkondensatorer. De första kondensatorerna var ett fyrstegskylsystem med flera kylkretsar baserade på ammoniak, boralkohol och vissa naturgasfraktioner (propan, butan, etan).
Den första personen som fick syre från luften genom rektifiering var Carl Linde 1895. Han skapade en kryogen cykel, enligt vilken separationsenheten fungerade, senare kallades den Linde-installationen, och luftseparationscykeln kallades Linde-cykeln. Denna cykel använde en isotermisk chokeeffekt, som skapades av isotermisk kompression i kompressorn och efterföljande expansion genom en strypventil. Anläggningen arbetade med en högtryckscykel P = 10 ÷ 15 MPa, med en kapacitet på Vc = 100 (m³ O 2 )/timme och en koncentration xc = 99,5 ÷ 99,7 % O 2 . Linde var först med att skapa en kylmaskin för ammoniak, som han senare inkluderade i luftseparationscykeln (1902).
Lågtrycksinstallationen uppfanns av den sovjetiske vetenskapsmannen P. L. Kapitsa 1939. Anläggningen konstruerades för att producera gasformigt syre och kördes på en lågtryckscykel P = 0,6 ÷ 0,7 MPa tryckminskning uppnåddes genom att använda en turboexpander i cykeln , samt en ökning med en storleksordning jämfört med Linde-cykeln ( från 3000 m³ luft till timme och mer) av den förbrukade luften.
ASU består av 2 sektioner. Flytande och separerande. Förvätsningssektionen är utformad för att producera flytande luft, eller snarare, flytande slem, där massfraktionen av syre är något högre än i luft på grund av en högre kokpunkt, som ett resultat, när ångor avdunstar ovanför slem, blir det fler låga -kokande komponenter, såsom kväve.
Förvätsningssektionen består av en komplex behandlings- och torkenhet (BKOO), en kompressor, ett antal värmeväxlare, en expander, som är en gasspjäll eller en expander, och avslutas med en reservoar för ackumulering av flytande slem. Oftast är återflödestanken botten av destillationskolonnen.
Som regel kostar systemet från 2 eller fler värmeväxlare. Den första värmeväxlaren arbetar vid positiva temperaturer och är utformad för att kyla luften som komprimeras av kompressorn med omgivande luft. Efterföljande värmeväxlare kyler den komprimerade luften genom att utbyta värme med de utgående produkterna: syre, kväve eller återflöde.
Separationssektionen består oftast av en destillationskolonn , en kondensor-indunstare och en serie kväve-syrevärmeväxlare. Antalet destillationskolonner beror på vilken typ av gas eller vätska som erhålls i installationen. Så när du endast tar emot gasformigt kväve finns det 1 kolumn i installationen. När syre tas emot kommer anläggningen att innehålla: de övre och nedre kolonnerna och förångarkondensorn mellan dem. Vid mottagande av argon kommer installationen att innehålla 4 kolumner: nedre, övre, råargon, ren argon. De återstående gaserna (xenon, krypton, neon) i luften erhålls i stora ASU:er i form av blandningar, från vilka dessa gaser, vidare, i specialutrustning, isoleras i ren form. Under ASU-drift ackumuleras neon och helium i förångarkondensorn i form av en icke-kondenserbar fraktion och börjar störa kvävekondensationsprocesser; en avtappningsventil finns för att avlägsna dem.
Luften som passerat genom en serie mekaniska filtreringsfilter kommer in i kompressorn, där den komprimeras till cykeltrycket, sedan kommer luften in i BKOO, där fukt, koldioxid och kolväten avlägsnas från den med hjälp av absorbenter , efter som luften kommer in i värmeväxlarna. Efter dem går det in i den nedre destillationskolonnen, där det destillerar till bottenvätska (~ 35% O 2 , 2% Ar, resten är kväve) och gasformigt kväve med en renhet på ~ 99,99%.
Om enheten får syre utöver kväve, tillförs bottenvätskan till mitten av den övre destillationskolonnen och flytande kväve till toppen av den övre destillationskolonnen. Gasformigt kväve tas från toppen av den övre destillationskolonnen och flytande syre samlas upp i botten. Flytande syre kommer in i kondensor-förångaren, som utför värmeväxling med gasformigt kväve i den nedre destillationskolonnen. Med tiden ackumuleras neon och helium i förångarens kondensor, vilket möjliggör installation av en ventil för att tömma dessa gaser.
Det finns tre metoder för luftseparation: adsorption, membran och kryogen. Därav typerna av installationer: adsorption, membran och kryogen.
uppdelad [1] :
Det finns små ASP:er där en gaskryogen maskin som arbetar med den omvända Stirling-cykeln används som flytande del . Arbetsgasen i en sådan maskin är i de flesta fall helium.
Titelavkodning: [1]
Efter strecket i namnet på ASP, anges dess kapacitet för den första produkten i tusen m³ / h eller tusen kg / h om vi pratar om flytande produkter.
Exempel: AzhKzh-0,6 enhet tar emot flytande kväve i mängden 0,6 tusen kg/h, såväl som flytande syre. KA-5-enheten producerar gasformigt syre i mängden 5 000 m³/h, samt gasformigt kväve.