Демистифицирована установка воздухоразделения: принцип работы и применение

Поскольку отрасли промышленности во всем мире стремятся к высокой эффективности, низкому уровню выбросов углекислого газа и поставке газа высокой-чистоты, воздухоразделительные установки (ВРУ) стали краеугольным камнем современной промышленной инфраструктуры. NEWTEK, мировой-поставщик высококлассных газовых решений, предлагает современные---современные системы ASU, которые обеспечивают экономически-эффективное,-масштабное производство кислорода,-высокой чистоты, азота и аргона. По сравнению с традиционными методами подачи газа технология криогенного разделения воздуха NEWTEK отличается превосходной эффективностью, более низкими удельными затратами на газ и непревзойденной адаптируемостью к крупномасштабным операциям-, предоставляя надежные газовые решения от сталелитейной промышленности до здравоохранения.

Но что определяет ВРУ, как он обеспечивает точное разделение газов и почему технологии ВРУ NEWTEK доверяют глобальные партнеры? В этой статье рассматриваются принципы работы, основные компоненты, промышленное применение и стратегии оптимизации ASU, а также подчеркивается опыт NEWTEK как лидера в этой области.

 

 

Что такое воздухоразделительная установка (ВРУ)?

Воздухоразделительная установка (ВРУ) — это сложная промышленная установка, предназначенная для разделения атмосферного воздуха-, состоящего из ~78 % азота, ~21 % кислорода, ~0,93 % аргона и следовых примесей-на отдельные компоненты высокой-чистоты.

Основная функция ВРУ — извлечение этих газов для критически важных промышленных и (гражданских) целей. Азот, ценимый своими инертными свойствами, широко используется в химической обработке, производстве электроники и консервировании пищевых продуктов; кислород служит ключевым фактором, способствующим горению при производстве стали, и спасательной-респираторной поддержке в здравоохранении; аргон незаменим в качестве защитного газа в сварочном и полупроводниковом производстве.

 

Для NEWTEK ASU — это больше, чем просто оборудование-, это стратегическое решение, которое устраняет разрыв между чистым воздухом и промышленными инновациями. Благодаря более чем 9000 системам, установленным по всему миру, ВРУ NEWTEK поддерживают различные отрасли промышленности, от крупных-сталелитейных заводов до государственных больниц на Филиппинах, превращая вездесущий воздух в ценные-ресурсы, которые способствуют экономическому росту и устойчивому развитию. Понимание технологии ASU компании NEWTEK является ключом к повышению эффективности и надежности в современном производстве и сфере услуг.

 

Объяснение ключевых технологий и принципов ASU

В ВРУ компании NEWTEK используются передовые технологии термодинамики и материаловедения, а криогенная дистилляция используется в качестве технологии разделения активной зоны. В то время как процессы мембранного разделения и адсорбции (например, PSA) подходят для небольших-или низких-потребностей в чистоте, криогенная дистилляция остается золотым стандартом для крупномасштабного-производства газа высокой-чистоты-, что соответствует стремлению NEWTEK удовлетворять глобальные промышленные потребности.

 

Принцип криогенной дистилляции

Криогенная дистилляция является основой систем ASU компании NEWTEK, основанной на различных температурах кипения основных компонентов воздуха: азота (-195,8 градуса), аргона (-185,9 градуса) и кислорода (-183,0 градуса).

Процесс начинается с подачи сжатого, предварительно-охлажденного и очищенного воздуха в высокие специализированные дистилляционные колонны. Внутри этих колонн воздух сжижается при сверх-низких температурах. Из-за более низкой температуры кипения азот испаряется первым и поднимается в верхнюю часть колонны, а кислород-с более высокой температурой кипения-остается жидким внизу. Аргон, присутствующий в следовых количествах, собирается из средней части колонны, где его температура кипения совпадает с температурным градиентом.

 

Процесс разделения включает в себя непрерывное испарение и конденсацию, при этом паровая и жидкая фазы движутся навстречу-чтобы максимизировать теплообмен и массообмен. Прецизионное проектирование NEWTEK обеспечивает строгий контроль градиентов температуры и давления в колоннах, гарантируя чистоту газа, соответствующую даже самым строгим промышленным и медицинским стандартам. Эта передовая технология дистилляции является причиной того, что ВРУ NEWTEK, такие как проект 4x40 000 Нм³/ч в Перу и система 51 000 Нм³/ч на Филиппинах, пользуются доверием для крупномасштабных-высокопроизводительных-применений.
 

Эффект Джоуля-Томсона при охлаждении

Достижение сверх-низких температур, необходимых для криогенной дистилляции, основано на-эффекте Томсона-термодинамическом принципе, который NEWTEK оптимизировал для достижения максимальной эффективности. Этот эффект описывает падение температуры реального газа при его адиабатическом расширении (без теплообмена с окружающей средой) через клапан или турбину.
 

В ВРУ NEWTEK сжатый воздух под высоким-давлением проходит через расширительное устройство, заставляя его быстро расширяться. Для преодоления межмолекулярных сил притяжения при расширении газ расходует свою внутреннюю энергию, что приводит к значительному понижению температуры. Охлажденный газ затем проходит через теплообменник для предварительного-охлаждения поступающего сжатого воздуха, образуя контур регенеративного охлаждения. Этот циклический процесс расширения и теплообмена постоянно снижает температуру воздуха до тех пор, пока не будет достигнуто сжижение, в результате чего образуется жидкий кислород, жидкий азот и жидкий аргон.
 

Эффект Джоуля-Томсона является неотъемлемой частью энергоэффективной-конструкции ASU компании NEWTEK, обеспечивающей устойчивые криогенные условия, необходимые для разделения высокой-чистоты, при одновременном минимизации потребления энергии-ключевого направления приверженности компании к устойчивому развитию.

 

Ключевые компоненты систем ASU

ВРУ NEWTEK — это интегрированные системы, состоящие из пяти основных компонентов, каждый из которых разработан для согласованной работы и обеспечения надежной подачи газа высокой-чистоты. В таблице ниже показаны их функции и важность:
 

Компонент	Функция	Важность
Воздушный компрессор	Втягивает и сжимает атмосферный воздух до высокого давления.	Обеспечивает необходимое давление для сжижения; Многоступенчатые компрессоры NEWTEK-повышают энергоэффективность и стабильность работы.
Система предварительного-охлаждения	Охлаждает сжатый воздух с помощью механического охлаждения и теплообменников.	Снижает нагрузку на криогенные системы охлаждения; удаляет водяной пар, предотвращая образование ледяных пробок
Система очистки молекулярных сит	Удаляет водяной пар, CO₂ и углеводороды из воздуха.	Устраняет загрязнения, вызывающие засорение оборудования; обеспечивает чистоту газа и долгосрочную-надежность системы
Криогенная дистилляционная колонна	Разделяет сжиженный воздух на кислород, азот и аргон.	Ядро АСУ; Прецизионные-колонки NEWTEK определяют чистоту и выход конечного продукта.
Ожижитель	Поддерживает сверх-низкие температуры за счет циклов охлаждения.	Выдерживает криогенные условия для дистилляции; обеспечивает непрерывное сжижение воздуха

Воздушный компрессор и предварительное-охлаждение

Воздушный компрессор является отправной точкой рабочего процесса ASU компании NEWTEK. Он всасывает атмосферный воздух и сжимает его до высокого давления (обычно 5–10 МПа) с помощью многоступенчатых промышленных компрессоров,-предназначенных для круглосуточной работы и отвечающих требованиям крупномасштабных проектов, таких как ВРУ NEWTEK производительностью 30 000 Нм³/ч в Гане. Однако при сжатии выделяется тепло, в результате чего температура воздуха превышает 100 градусов, что несовместимо с криогенной обработкой.
 

Система предварительного-охлаждения решает эту проблему, охлаждая сжатый воздух до 10–20 градусов с помощью высокоэффективных-теплообменников и механического охлаждения. Этот шаг служит трем важным целям: снижению энергетической нагрузки на последующем этапе криогенного охлаждения, конденсации и удалению большей части водяного пара (во избежание образования ледяных пробок в секциях сверх-низких температур) и повышению общей эффективности системы. Вместе воздушные компрессоры и системы предварительного-охлаждения NEWTEK обеспечивают кондиционирование воздуха в соответствии со строгими требованиями последующих процессов очистки и разделения.
 

Система очистки молекулярных сит

Даже после предварительного-охлаждения воздух содержит следы загрязнений (водяной пар, CO₂, углеводороды), которые могут осаждаться при криогенных температурах, вызывая засорение трубопроводов, плохую теплопередачу и ухудшение качества продукции. Система очистки молекулярных сит NEWTEK устраняет эти риски за счет селективной адсорбции.
 

Используя высокоэффективные-молекулярные сита (например, 4A, 5A, 13X), система улавливает загрязнения, пропуская при этом азот, кислород и аргон. В системах очистки NEWTEK используется адсорбция с переменным давлением (PSA/VPSA) или адсорбция с переменным давлением (TSA) с несколькими слоями адсорбента, работающими циклически-, обеспечивая непрерывную очистку. В то время как один слой адсорбирует примеси, другие регенерируют (путем регулировки давления или температуры), чтобы восстановить адсорбционную способность. Такая конструкция гарантирует бесперебойную подачу чистого воздуха, что имеет решающее значение для надежной работы ВРУ NEWTEK в сложных условиях, таких как сталелитейные заводы и химические заводы.
 

Почему стоит выбрать решения по очистке NEWTEK?

Являясь мировым лидером в области газовых решений, системы очистки NEWTEK разработаны с учетом строгих требований промышленных операций ВРУ. Опираясь на многолетний опыт в области технологий разделения газов, решения NEWTEK по очистке обеспечивают:

Сверх-высокая чистота газа: эффективно удаляет водяной пар, CO₂ и углеводороды, отвечая самым строгим отраслевым стандартам.

Надежная работа: конструкция с циклической адсорбцией сводит к минимуму время простоя, обеспечивая круглосуточную работу в критически важных приложениях, таких как подача медицинского кислорода.

Индивидуальные решения. Настраиваемые в соответствии с конкретными требованиями к составу и чистоте воздуха для каждого проекта: от небольших-медицинских учреждений до крупных промышленных комплексов.

Приверженность NEWTEK качеству отражена в ее глобальном послужном списке,-включая партнерские отношения с ведущими предприятиями и государственными больницами по всему миру. Выбирая решения по очистке NEWTEK, вы инвестируете в надежность и долговечность вашей системы ASU.

Дистилляционные колонны и ожижители
 

Криогенные дистилляционные колонны NEWTEK — это чудо инженерной техники-высокие, сложные конструкции (высотой до 60 метров), оснащенные тарелками или структурированной насадкой для максимального контакта между паровой и жидкой фазами. Эти колонны являются «сердцем» ВРУ, где происходит собственно разделение сжиженного воздуха.
 

Работая в тандеме с колоннами, ожижители NEWTEK поддерживают сверх-низкие температуры с помощью современных циклов охлаждения. Постоянно отводя тепло из системы, ожижители гарантируют, что воздух остается жидким на протяжении всего процесса дистилляции. Внутри колонн азот (более летучий) поднимается вверх, а кислород и аргон (менее летучий) собираются внизу и в середине соответственно. Точный контроль градиентов температуры и давления, разработанный NEWTEK, гарантирует, что отделенные газы соответствуют требованиям высокой-чистоты таких отраслей, как электроника и здравоохранение (кислород медицинского-класса).

Спецификации дистилляционных колонн и ожижителей NEWTEK адаптируются к каждому проекту-будь то ВРУ производительностью 45 000 м³/ч, оптимизированная для энергоэффективности, или модульная система для удаленных мест. Такая гибкость делает NEWTEK надежным партнером в различных областях применения по всему миру.
 

Разнообразное промышленное применение ВРУ

ВРУ NEWTEK используются во многих отраслях промышленности, обеспечивая газы высокой-чистоты, необходимые для производства, безопасности и инноваций. От сталелитейного производства до здравоохранения — их применение является неотъемлемой частью современных промышленных и социальных операций:

 

●Сталелитейное производство: Кислород повышает эффективность сгорания в доменных печах, снижая расход топлива и увеличивая производительность стали; азот используется для инертизации, чтобы предотвратить окисление.

●Химическая промышленность: Азот создает инертную атмосферу для безопасного хранения и реакции легковоспламеняющихся химикатов; кислород служит реагентом в процессах окисления.

●Здравоохранение: Кислород медицинского-класса (чистота не менее 99,5%) используется для респираторной терапии, анестезии и неотложной реанимации; азот используется для консервации биологических образцов.

●Электроника: Азот высокой-чистоты предотвращает окисление при производстве полупроводников; аргон используется в качестве защитного газа при сварке и упаковке стружки.

●Новая Энергия: ASU поддерживают производство водородной энергии, а также улавливание, использование и хранение углерода (CCUS),-ключевое значение для промышленной декарбонизации.
 

Глобальное присутствие NEWTEK включает проекты ASU в Перу, на Филиппинах, в Гане и за ее пределами,-каждый из которых адаптирован к уникальным потребностям местных отраслей и сообществ.

 

АСУ в сталелитейной промышленности

Сталелитейная промышленность является одним из крупнейших потребителей продукции ASU компании NEWTEK. Кислород высокой-чистоты NEWTEK (более или равный 99,5%) впрыскивается в доменные печи и конвертерные печи для повышения интенсивности горения, ускорения плавки и снижения расхода топлива на тонну стали. Это не только повышает эффективность производства, но и снижает выбросы углекислого газа-в соответствии с обязательствами NEWTEK по промышленной декарбонизации.

Азот из ВРУ NEWTEK используется для инертизации и продувки при выплавке стали и непрерывной разливке, предотвращая окисление расплавленной стали и обеспечивая качество продукции. Например, проект NEWTEK ASU производительностью 4x40 000 Нм³/ч в Перу поддерживает крупномасштабное-производство стали, обеспечивая надежную подачу кислорода и азота для оптимизации производственного процесса клиента. Симбиотические отношения между ВРУ NEWTEK и сталелитейной промышленностью подчеркивают роль технологии как движущей силы эффективности и устойчивости.

 

АСУ в химической промышленности

Химическая промышленность использует ВРУ NEWTEK для безопасной подачи газа высокой-чистоты. Азот используется в качестве инертного защитного газа в резервуарах для хранения и трубопроводах, что исключает риск возгорания или взрыва при работе с легковоспламеняющимися или-чувствительными к кислороду химическими веществами. Он также служит продувочным газом для удаления примесей из реакционных систем, обеспечивая чистоту продукта.

Кислород — важнейший реагент в химическом синтезе,-например, при окислении этилена и производстве метанола. ВРУ NEWTEK поставляют кислород постоянной чистоты, предотвращая дезактивацию катализатора и обеспечивая стабильные результаты реакции. Строгие требования химической промышленности к качеству газа делают надежные и высокопроизводительные ВРУ NEWTEK идеальным партнером-в проектах по всему миру, поддерживающих самые разные предприятия: от крупных-нефтехимических заводов до производителей тонкой химии.

 

АГУ в здравоохранении

В сфере здравоохранения устройства NEWTEK являются устройствами-поддержания жизни. Больницам и клиникам требуется непрерывная подача кислорода медицинского-класса для респираторной терапии (например, для пациентов с ХОБЛ), анестезии во время операций и экстренной реанимации. ВРУ NEWTEK для здравоохранения оснащены резервными системами, обеспечивающими круглосуточную работу,-любой сбой может иметь-опасные для жизни последствия.

Например, компания NEWTEK установила партнерские отношения с государственными больницами на Филиппинах для создания систем подачи кислорода, обеспечивающих подачу кислорода медицинского-класса, соответствующего международным стандартам. Кроме того, азот из ASU компании NEWTEK используется для консервации крови, тканей и других биологических образцов, поддерживая медицинские исследования и уход за пациентами. Приверженность NEWTEK надежности и качеству делает ее ASU надежным выбором для поставщиков медицинских услуг во всем мире.

 

Оптимизация производительности ВРУ: ключевые факторы

Блоки питания NEWTEK разработаны для обеспечения оптимальной производительности благодаря трем ключевым факторам, обеспечивающим эффективность, надежность и экономическую-эффективность:

Требования к чистоте и скорости потока

Конструкция ASU адаптирована к конкретным требованиям к чистоте и скорости потока для каждого применения. Например:

Медицинский кислород требует уровня чистоты выше 99,999% со строгими пределами содержания примесей, что требует дополнительных этапов очистки и прецизионных дистилляционных колонн.

Промышленная инертная подушка азота может потребовать более низкой чистоты (например, 99,9%), что обеспечивает более простое и более энергоэффективное разделение.

Требования к расходу также варьируются-от небольших-исследовательских лабораторий, которым требуется несколько кубических метров в час, до интегрированных сталелитейных заводов, которым требуется 45 000 м³/ч и более. Команда инженеров NEWTEK тесно сотрудничает с клиентами, чтобы заранее определить эти параметры, гарантируя, что ASU будет оптимизирован в соответствии с их потребностями без чрезмерного -инжиниринга.

Энергоэффективность и стоимость

ВРУ являются энергоемкими-емкими устройствами, при этом большая часть потребляемой энергии приходится на сжатие воздуха и охлаждение. NEWTEK уделяет приоритетное внимание энергоэффективности как основному принципу проектирования, предлагая решения для снижения эксплуатационных затрат и воздействия на окружающую среду:

Усовершенствованные компрессоры: многоступенчатые конструкции с системами рекуперации тепла улавливают отходящее тепло для повторного использования.

Оптимизированные циклы охлаждения: улучшенные теплообменники и интеграция процессов сводят к минимуму потери энергии.

Интеллектуальные системы управления: мониторинг на основе искусственного интеллекта-регулирует рабочие параметры в режиме реального времени, чтобы максимизировать эффективность.

Недавняя оптимизация ВРУ производительностью 45 000 м³/ч, проведенная компанией NEWTEK, привела к заметному снижению потребления пара, нагрузки на компрессор и общего энергопотребления,-демонстрируя приверженность компании устойчивым инновациям.
 

Надежность системы и кастомизация

Для ВРУ надежность является-неоспоримым вопросом-особенно для критически важных приложений, таких как здравоохранение и сталелитейное производство. NEWTEK обеспечивает надежность системы за счет:

Высококачественные-компоненты: получены от надежных поставщиков и тщательно проверены на долговечность.

Системы циклической очистки: резервные слои адсорбента сводят к минимуму время простоя.

Прогнозируемое обслуживание: интеллектуальные датчики и средства анализа данных выявляют потенциальные проблемы до того, как они приведут к сбоям.

Кроме того, NEWTEK предлагает индивидуальные решения-от модульных ВРУ для удаленных мест до крупномасштабных интегрированных систем для промышленных комплексов. Такая гибкость позволяет клиентам получить систему, которая соответствует их уникальным эксплуатационным и пространственным требованиям.
 

Достижения и будущее технологий ASU

Благодаря глобальным требованиям к эффективности, устойчивому развитию и новым энергетическим приложениям, NEWTEK находится в авангарде технологических инноваций ASU. Будущее ВРУ будут определять три ключевые тенденции:

 

Повышенная энергоэффективность

NEWTEK продолжает оптимизировать конструкции ВРУ, используя современные материалы, улучшенные теплообменники и системы управления-на базе искусственного интеллекта. Цель — снизить потребление энергии на единицу добытого газа в соответствии с глобальными обязательствами по нулевым выбросам-нулевых выбросов.

Модульное производство и-производство на месте

Модульные ВРУ меньшего-масштаба набирают обороты, позволяя-добывать газ на месте для малых---средних предприятий и удаленных мест. Модульные системы NEWTEK обеспечивают гибкость, более быстрое развертывание и снижение первоначальных затрат,-что делает газы высокой-чистоты доступными для большего числа отраслей.

Расширение новых приложений

Технология ASU выходит за рамки традиционных отраслей и включает производство водородной энергии и CCUS. Опыт компании NEWTEK в области разделения газов делает ее лидером в этих новых областях, поддерживая декарбонизацию промышленности и переход к устойчивому энергетическому будущему.

Цифровизация и интеграция искусственного интеллекта

NEWTEK интегрирует интеллектуальные датчики, анализ данных и профилактическое обслуживание в свои ASU. Эти технологии позволяют-мониторинг производительности системы в режиме реального времени, упреждающее обнаружение неисправностей и оптимизацию работы,-сокращая время простоя и продлевая срок службы системы.

 

Являясь мировым лидером в области газовых решений, компания NEWTEK стремится продвигать технологии ASU, предлагая инновационные, устойчивые и надежные системы, которые расширяют возможности отраслей промышленности по всему миру. Будь то крупномасштабный-проект в Перу или медицинская кислородная система на Филиппинах, ASU компании NEWTEK разработаны с учетом потребностей сегодняшнего дня и одновременно готовятся к вызовам завтрашнего дня.

Объединитесь с NEWTEK, чтобы раскрыть весь потенциал технологии разделения воздуха,-обеспечив эффективность, надежность и экологичность вашей деятельности.