L’équipement de séparation de l’air est l’équipement de liquéfaction, de rectification et de séparation finale de l’air en oxygène, azote et autres gaz utiles, appelé équipement de séparation de l’air. Sa température minimale de fonctionnement est de 77 K. À la fin du XIXe siècle, l’air était encore appelé « gaz permanent », puis on a découvert qu’il pouvait être liquéfié à très basse température et que, grâce à leurs points d’ébullition différents, l’oxygène et l’azote pouvaient être séparés de l’air liquéfié. Le premier générateur d’oxygène commercial a été fabriqué en 1903 et était à l’origine uniquement utilisé pour le soudage au gaz et le découpage des métaux. L’industrie des engrais azotés ayant besoin d’azote, le générateur d’oxygène a été développé pour produire simultanément de l’oxygène et de l’azote, et a été rebaptisé équipement de séparation de l’air.

Usine de séparation cryogénique de l’air

1, méthode de congélation par équipement de séparation de l’air pour éliminer l’eau et le CO2. Pendant le processus de refroidissement, l’eau et le CO2 sont précipités et congelés dans le canal de l’échangeur de chaleur. Après un certain temps, le canal est commuté et les impuretés gelées sont évacuées par le reflux d’azote sale. Selon les différents types d’échangeurs de chaleur, ceux-ci sont divisés en régénérateurs et en échangeurs de chaleur à commutation à ailettes. De cette manière, l’action de commutation est fréquente, le démarrage est plus compliqué, les exigences techniques sont élevées et le cycle de fonctionnement est d’environ 1 an ;
2, le processus de l’équipement de séparation de l’air selon le processus de purification par adsorption sur tamis moléculaire. Avant que l’air n’entre dans l’échangeur de chaleur principal, les impuretés sont nettoyées par l’adsorbeur. Le long cycle de commutation de l’adsorbeur simplifie considérablement le fonctionnement, la quantité de produits azotés purs n’est plus limitée par les exigences en matière de gaz de reflux et le cycle de fonctionnement peut atteindre deux ans ou plus, ce qui est de plus en plus largement utilisé.

Équipement de séparation d’air basse pression. L’ensemble de l’équipement est composé de quatre systèmes principaux: système de compression d’air, purification d’impureté et système d’échange de chaleur, système de réfrigération et système de rectification de liquéfaction. L’équipement mécanique correspondant comprend le compresseur de turbine à air, la tour de refroidissement d’air, l’expanseur de turbine et la tour de fractionnement. Le principe de fonctionnement de l’équipement de séparation d’air à basse pression est basé sur la théorie du cycle de liquéfaction et de rectification. L’air entrant est d’abord passé à travers le filtre à air, puis comprimé et refroidi par la tour de refroidissement d’air du compresseur de turbine à une pression de 0,5 mpa et une température d’environ 303K, puis entre dans l’échangeur de chaleur à commutation (E1, E2). Les deux échangeurs de chaleur peuvent éliminer l’eau et le dioxyde de carbone dans l’air, et effectuer l’échange de chaleur. L’air est refroidi à près de la température de liquéfaction (101K) et envoyé à la tour inférieure, d’où une partie de l’air est pompée vers l’échangeur de chaleur (E2) pour le chauffage. L’air chauffé est combiné à une petite quantité d’air froid provenant de la tour inférieure, puis il entre dans l’expanseur de turbine pour se dilater adiabatique, générant ainsi la quantité de froid nécessaire, puis il est envoyé à la tour supérieure pour y être rectifié. L’air restant est préalablement distillé dans la tour inférieure. Au fond, l’air liquide avec 38% de teneur en oxygène est obtenu, l’azote liquide pur avec 99,99% de teneur en azote est obtenu au sommet de la tour inférieure, et l’azote liquide sale avec environ 95% de teneur en azote est obtenu au milieu. L’air liquéfié, l’azote liquide pur et l’azote liquide pollué sont extraite de la tour inférieure par la vanne pour réduire la pression à environ 0,05 mpa, et envoyés à la tour supérieure pour le liquide de reflux, où la deuxième rectification profonde à basse température est effectuée, et l’oxygène contenant 99,6 ~ 99,8% d’oxygène de haute pureté est obtenu au fond de la tour supérieure, et l’échange de chaleur est effectué avec l’air à travers l’échangeur de chaleur (E4, E2, E1), Et la température est chauffée à la température atmosphérique. De l’azote de haute pureté contenant 99,999% d’azote a été obtenu au sommet de la tour supérieure, et de l’azote résiduel contenant environ 96% d’azote a été obtenu au milieu de la tour supérieure. Tout l’azote a été réchauffé à la température atmosphérique par des échangeurs de chaleur (E3, E4, E2, E1), puis évacué de l’appareil. L’évaporateur à condensation situé entre les tours supérieure et inférieure est également un échangeur de chaleur, sa fonction est d’évaporer l’oxygène liquide au fond de la tour supérieure par transfert de chaleur, et de condenser l’azote gazeux dans la tour inférieure, ainsi il est appelé l’évaporateur à condensation. Après évaporation de l’oxygène liquide, une partie de celui-ci est produite sous forme de produit et le reste est utilisé comme vapeur ascendante nécessaire à la rectification dans la colonne supérieure. Une partie de l’azote liquide condensé dans la colonne inférieure est envoyée à la colonne supérieure en tant que liquide de reflux dans la colonne supérieure, l’autre partie est le liquide de reflux nécessaire pour la rectification de la colonne inférieure. Par conséquent, l’évaporateur de condensation est l’un des équipements indispensables pour que la tour supérieure et inférieure puisse jouer le rôle de rectification. En plus de l’équipement principal ci-dessus, il y a des adsorbeurs dans la boîte froide, qui peuvent adsorber les impuretés dioxyde de carbone et les substances explosives qui ne sont pas congelés dans l’échangeur de chaleur (E1, E2). La boîte est également équipée d’une pompe à oxygène liquide pour faire circuler l’oxygène liquide et enlever les substances explosives pour assurer le fonctionnement sûr de l’équipement. Les échangeurs de chaleur, les tours, les pompes à oxygène liquide et les expanseurs de turbine fonctionnant à basse température sont logés dans des boîtes froides remplies d’isolation pour réduire les pertes de refroidissement. L’oxygène et l’azote du produit de la boîte froide sont ensuite envoyés au système de stockage et au compresseur de turbine pour augmenter la pression à la pression requise pour que les utilisateurs puissent utiliser.

Principe de fonctionnement des équipements de séparation de l’air pour obtenir de l’oxygène pur

Comme son nom l’indique, un équipement de séparation de l’air est un dispositif qui utilise des méthodes physiques pour séparer l’oxygène, l’azote et d’autres composants de l’air. Il repose principalement sur la différence de point d’ébullition de chaque composant de l’air, qui sont séparés par rectification à basse température. Dans ce processus, l’air est d’abord comprimé, purifié, puis refroidi à une température de liquéfaction, formant ainsi de l’air liquide. Ensuite, en utilisant les différents points d’ébullition de chaque composant de l’air liquide, l’oxygène est progressivement séparé des autres composants par plusieurs processus d’évaporation et de condensation.

Dans le flux de travail des équipements de séparation de l’air, la compression et la purification sont les premières étapes. Une fois l’air comprimé par le compresseur, la pression augmente considérablement, tout comme la température. Afin d’éliminer les impuretés telles que la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone de l’air, il est nécessaire de refroidir et de purifier l’air comprimé. Cette étape est essentielle pour garantir le bon déroulement du processus de séparation ultérieur.

Viennent ensuite le refroidissement et la liquéfaction. L’air comprimé et purifié entre dans le système de refroidissement, où sa température est progressivement réduite par échange thermique avec le réfrigérant. Lorsque la température de l’air atteint sa température de liquéfaction, la plupart des composants de l’air (principalement l’azote et l’oxygène) se condensent à l’état liquide. À ce stade, l’air liquide contient une concentration plus élevée d’oxygène.

La dernière étape est la séparation et la purification. À ce stade, l’air liquide est introduit dans la colonne de rectification. La colonne de distillation est équipée de plusieurs couches de plateaux, sur chacun desquels coexistent du liquide et du gaz. En raison des différents points d’ébullition de l’oxygène et de l’azote, l’azote, plus léger, s’évapore en premier et monte vers le plateau supérieur pendant la rectification, tandis que l’oxygène, plus lourd, reste dans le plateau inférieur. Grâce à plusieurs processus d’évaporation et de condensation, l’oxygène est progressivement séparé de l’air liquide et acheminé vers des réservoirs de stockage ou fourni directement à l’utilisateur.

La société adopte une technologie internationale avancée de rectification à basse température et un système de contrôle intelligent pour assurer un fonctionnement efficace et stable des équipements de séparation de l’air. Parallèlement, elle met l’accent sur la protection de l’environnement et la conception économe en énergie, et réduit la consommation d’énergie et les émissions en optimisant le flux des processus et en améliorant l’efficacité des équipements. Ces avantages techniques confèrent aux équipements de séparation de l’air de la société une forte compétitivité sur le marché.