Разделение воздуха является основным промышленным методом получения технических газов, таких как кислород, азот, аргон, а также редких газов, таких как криптон, ксенон, неон, гелий.
Воздухоразделение используется в установках криогенного, адсорбционного, мембранного типа.
Криогенное воздухоразделение функционирует при низкотемпературном режиме ректификации.
Адсорбционное воздухоразделение происходит посредством связывания твердым веществом, называемым адсорбентом, отдельных компонентов газовой смеси.
Это явление обусловлено силами взаимодействия молекул газа и адсорбента.
Короткоцикловая адсорбция наиболее предпочтительна в случаях, когда потребность в производственных объемах азота велика и степень чистоты имеет средние показатели.
Технология адсорбции основана на поглощении молекулярными ситами определенных веществ, за счет этого обеспечивается разделение воздушной смеси.
Регулирование процесса поглощения газов и регенерации адсорбента происходит путем изменения давления и/или температуры.
Адсорбционная технология позволяет эффективно получать из атмосферного воздуха такие газы как азот и кислород.
Мембранное воздухоразделение основано на проникновении воздушных компонентов через газоразделительные мембраны из-за разных скоростей проникновения.
Движущей силой разделения газов является разница парциальных давлений на различных сторонах мембраны.
Мембранные установки производят азот чистотой до 99,5% и достаточно экономичны при средних объемах потребления.
Современная газоразделительная мембрана представляет собой уже не плоскую пластину или плёнку, а полое волокно.
Половолоконная мембрана состоит из пористого полимерного волокна с нанесённым на его внешнюю поверхность газоразделительным слоем.
Пористое волокно имеет сложную асимметричную структуру, плотность полимера возрастает по мере приближения к внешней поверхности волокна.
Толщина газоразделительного слоя волокна не превышает 0,1 мкм, что обеспечивает высокую удельную проницаемость газов через полимерную мембрану.
Существующий уровень развития технологии позволяет производить полимеры, которые обладают высокой селективностью при разделении различных газов, что, соответственно, обеспечивает высокую чистоту газообразных продуктов.
Современный мембранный модуль, используемый для технологии мембранного разделения газов, состоит из сменного мембранного картриджа и корпуса.
Из-за разницы парциальных давлений на внешней и внутренней поверхностях половолоконной мембраны происходит разделение газовой смеси на компоненты. Газы, быстро проникающие через полимерную мембрану (например, H2, CO2, O2, пары воды, высшие углеводороды), поступают внутрь волокон и выходят из мембранного картриджа через один из выходных патрубков. Газы, медленно проникающие через мембрану (например, CO, N2, CH4), выходят из мембранного модуля через второй выходной патрубок.
Конструктивно половолоконная мембрана компонуется в виде цилиндрического картриджа, который представляет собой катушку с намотанным на неё особым образом полимерным волокном.
Газовый поток под давлением подаётся в пучок мембранных волокон.
Из-за различных парциальных давлений на внешней и внутренней поверхностях мембраны происходит разделение газового потока.
В газоразделительных блоках полностью отсутствуют движущиеся части, что обеспечивает надёжность установок. ембраны очень устойчивы к вибрациям и ударам, химически инертны к воздействию масел и нечувствительны к влаге, функционируют в широком диапазоне температур от −40 °C до +60 °C.
При соблюдении условий эксплуатации ресурс мембранного блока составляет от 130 000 до 180 000 часов (15-20 лет непрерывной работы).
Недостатки мембранных установок являются ограниченная производительность и относительно низкая чистота получаемых продуктов по сравнению с газами, полученными с помощью метода адсорбции или криогенным способом.
Чем нужно руководствоваться при выборе установки.
1. Какие продукты разделения воздуха, и в каком виде вам необходимо получать.
- На криогенных установках возможно одновременное получение азота, кислорода, (на крупных установках так же и аргона) как в газообразном, так и жидком виде.
- На адсорбционных и мембранных установках возможно получение только одного продукта, азота или кислорода, и только в газообразном виде.
2. Чистота получаемых продуктов разделения воздуха, необходимая для обеспечения технологических процессов вашего производства.
Технический и медицинский газообразный кислород по ГОСТ 5583-78 и ГОСТ 6331-78 (чистота не ниже 99,2%) , как и жидкий возможно получить только криогенным способом.
Адсорбционные установки дают чистоту не выше 95%, мембранные – до 50%.
(Для газовой сварки и резки металлов применяется кислород чистотой не ниже 98,5 %, получаемый только на криогенных установках.)
Азот повышенной чистоты (99,999) возможно получить как на криогенных, так и на адсорбционных установках.
3. Производительность установки.
4. Энергопотребление. Основной характеристикой при определении затрат на производство технических газов, является удельный расход электроэнергии на м3 (или кг) производимого продукта.
5. Давление продуктов разделения воздуха на выходе установки.
6. Условия эксплуатации. Количество обслуживающего персонала, ремонтопригодность оборудования, стоимость и возможность получения запасных частей.
