Métallurgie Industrie chimique Le grand dispositif de séparation de l’air est un ensemble d’équipements industriels utilisés pour séparer les composants de l’air et produire respectivement l’oxygène, l’azote, l’argon et d’autres gaz composant l’air.
Grande usine de séparation de l’air pour la chimie et la métallurgie
La méthode de séparation de l’air la plus couramment utilisée est la séparation par distillation à basse température. La méthode de séparation à basse température consiste à transformer l’air en liquide par un cycle de compression et de congélation, puis à le rectifier à basse température en fonction de différents points d’ébullition et à le séparer progressivement de l’air liquide pour produire de l’oxygène, de l’azote, de l’argon et d’autres gaz inertes. Elle est largement utilisée dans la métallurgie traditionnelle, la nouvelle industrie chimique du charbon, la production d’engrais azotés à grande échelle, l’approvisionnement professionnel en gaz et d’autres domaines.
D’autres méthodes de séparation de l’air, telles que la séparation par membrane, l’adsorption modulée en pression (PSA) et l’adsorption modulée en pression sous vide (VPSA), sont principalement utilisées pour séparer un seul composant de l’air. L’oxygène, l’azote et l’argon de haute pureté utilisés dans la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs nécessitent une rectification à basse température. De même, les sources viables de gaz nobles tels que le néon, le krypton et le xénon utilisent également la distillation à basse température. La distillation à basse température est donc la méthode de séparation de l’air la plus importante.
Ensemble complet d’équipements de séparation d’air
Spécifications principales
Équipements de séparation d’air 50~120000 Nm3/h ; Équipements de séparation d’air azote haute pureté 50~40000 Nm3/h ; Équipement de liquéfaction d’oxygène et d’azote 10~1000TPD ; Équipement de séparation d’air liquide à énergie froide GNL 100~1000TPD ; Équipement de raffinage pour l’extraction d’hélium, de néon, de krypton, de xénon et d’autres gaz rares.
Caractéristiques techniques
La société a développé avec succès un équipement de séparation d’air super grand de 110 000 grades ; Configurez le plan de processus optimal en fonction des différentes exigences des utilisateurs. Comprend l’adsorption par tamis moléculaire à basse pression (flux radial vertical), le refroidissement par mécanisme d’expansion à turbine à pression moyenne (basse), la compression de l’oxygène à l’intérieur (à l’extérieur) du produit, la compression de l’azote à l’intérieur (à l’extérieur), le cycle de surpression de l’air (azote), le refroidissement par mécanisme d’expansion liquide, la rectification par garnissage structuré, la production d’argon sans hydrogène, l’extraction de gaz rares, un ensemble complet de programmes de contrôle automatique de la charge et d’optimisation du processus de séparation de l’air ; Le taux d’extraction d’oxygène atteint plus de 99,6 %, le taux d’extraction d’argon atteint plus de 80 % et la consommation de l’unité de production d’oxygène peut atteindre un minimum de 0,34 kw.h/Nm3. Un certain nombre de technologies innovantes indépendantes ont été appliquées avec succès dans des dispositifs de séparation de l’air de 40 000 à 110 000 degrés.
Principe du dispositif de séparation d’air
Rectification de basse température
La méthode de distillation à basse température consiste à refroidir l’air pour se liquéfier, puis à distiller sélectivement les composants à différentes températures d’ébullition. Le processus peut produire du gaz de grande pureté avec la consommation d’énergie élevée. Le procédé de séparation cryogénique nécessite l’intégration serrée de l’échangeur de chaleur et de la tour de séparation pour une bonne efficacité, et toute l’énergie de refroidissement est fournie par le compresseur d’air à l’entrée de l’unité.
Pour obtenir une température de distillation plus basse, l’équipement de séparation de l’air doit utiliser un dispositif d’écrasement pour obtenir une capacité de refroidissement, l’effet d’écrasement isotherme (cycle de liquéfaction de Linde), ou une machine d’expansion pour obtenir une grande capacité de refroidissement de dilatation isentropique (cycle de liquéfaction de Crout), pour liquéfier l’air, et l’équipement de refroidissement doit être maintenu dans un boîtier isolé (souvent appelé «boîte froide»).
Autres méthodes de séparation de l’air
La technologie à Membrane peut fournir une méthode alternative à faible consommation d’énergie pour la séparation de l’air. Par exemple, les membranes polymérisées fonctionnant à des températures ambiantes ou chaudes peuvent produire de l’air riche en oxygène (25 à 50% d’oxygène). Les membranes en céramique peuvent fournir de l’oxygène de haute pureté (90% ou plus), mais nécessitent des températures plus élevées (800-900 ° C) pour fonctionner. Ces membranes céramiques comprennent des membranes de transport d’ions (ITM) et des membranes de transport d’oxygène (OTM). La séparation des gaz à Membrane est utilisée pour fournir des gaz pauvres en oxygène et riches en azote, plutôt que l’air, pour remplir les réservoirs de carburant des avions de ligne, réduisant ainsi considérablement le risque d’incendie accidentel et d’explosion. Au lieu de cela, la séparation des gaz membranaires est utilisée pour fournir aux pilotes de l’air riche en oxygène dans les aéronefs à haute altitude sans cabine pressurisée.
L’adsorption par oscillation de pression permet de séparer l’oxygène ou l’azote de l’air sans liquéfaction. Le procédé fonctionne à température ambiante; Les zéolites (éponges moléculaires) sont exposées à l’air à haute pression, qui libère alors l’air et libère le film d’adsorption du gaz désiré. Les compresseurs sont beaucoup plus petits que les unités de liquéfaction, et les générateurs d’oxygène portatifs sont fabriqués de cette façon pour fournir de l’air riche en oxygène à des fins médicales. L’adsorption à amplitude variable sous vide est un processus similaire; Le gaz produit est précipité de la zéolite à la pression subatmosphérique.
Partie du dispositif de séparation de l’air
L’air comprimé provenant du compresseur d’air est prérefroidi et purifié par le système de prérefroidissement de l’air, puis, après que le tamis moléculaire a éliminé l’humidité, le dioxyde de carbone, les hydrocarbures et autres impuretés, une partie de l’air est directement envoyée vers la tour supérieure de la tour de rectification, tandis que l’autre partie entre dans la machine d’expansion après expansion et réfrigération, puis est envoyée vers la tour inférieure. Dans la colonne de distillation, après échange thermique entre la vapeur ascendante et le liquide descendant, de l’azote de haute pureté peut être obtenu au sommet de la tour supérieure, et de l’oxygène de haute pureté peut être obtenu au bas de la tour supérieure.
Système de compression
Le système de compression d’air comprend un filtre d’entrée d’air, un compresseur d’air, un refroidisseur interétages du compresseur d’air, un silencieux du compresseur d’air, etc.
Système de prérefroidissement
Le système de prérefroidissement de l’air comprend une tour de refroidissement à eau, une tour de refroidissement à air, une pompe à eau, un réfrigérateur, etc.
Système de purification
Le système de purification à tamis moléculaire comprend des adsorbeurs à tamis moléculaire, des silencieux d’échappement d’azote, etc.
Système d’échange thermique
Le système d’échange thermique de séparation de l’air comprend l’échangeur thermique principal, le sous-refroidisseur, etc.
Système de rectification
Le système de distillation de séparation de l’air comprend une colonne de distillation, un évaporateur à condensation, etc.
Système de livraison des produits
Le système de livraison des produits comprend une station de régulation de pression, une station de mesure, etc.
Système de stockage de liquide de secours
Les systèmes de secours comprennent des réservoirs de stockage de liquide, des réservoirs de stockage de gaz, des évaporateurs de liquide, etc.
Dispositif de séparation d’air à basse température (dispositif cryogénique de séparation d’air)
Principe du dispositif de séparation d’air à basse température
Le principe du dispositif de séparation de l’air à basse température est principalement basé sur les caractéristiques de différents gaz à différents points d’ébullition à basse température. Le processus spécifique est le suivant:
Compression et refroidissement: premièrement, l’air est comprimé à travers le système de Compression d’air pour augmenter la pression de l’air. Ensuite, le système de prérefroidissement et de purification de l’air est utilisé pour le refroidissement préalable et la purification de l’air comprimé afin d’éliminer l’humidité et les impuretés.
Liquéfaction et séparation: l’air prérefroidi et purifié entre dans le système de rectification et, par un refroidissement et une expansion ultérieur dans la colonne de rectification, la température de l’air est réduite au-dessous du point de liquéfaction, devenant ainsi de l’air liquide. L’air liquide est séparé dans la colonne de distillation en fonction des différents points d’ébullition de chaque composant, le point d’ébullition bas de l’azote est d’abord évaporé, et le point d’ébullition élevé de l’oxygène est laissé au bas de la tour.
Collecte de produits: l’azote, l’oxygène et d’autres produits séparés sont envoyés par le système de livraison de produits pour une utilisation ultérieure. Dans le même temps, des produits liquides tels que l’oxygène liquide et l’azote liquide générés pendant le processus de séparation entrent dans le système de stockage liquide pour le stockage et la vaporisation.
En résumé, le dispositif de séparation d’air à basse température réalise la séparation efficace de divers composants dans l’air par les étapes de compression, de refroidissement, de liquéfaction et de séparation, et fournit d’importantes ressources de gaz pour la production industrielle et la recherche scientifique.
Construction d’un dispositif de séparation d’air à basse température
Le dispositif de séparation d’air à basse température est principalement composé des systèmes suivants:
Système de filtration de l’air: l’équipement principal comprend des filtres à Air autonettoyants pour filtrer les impuretés mécaniques dans l’air et assurer la qualité de l’air entrant dans le système suivant.
Système de compression d’air: le système précomprime l’air à travers des turbines à vapeur, des surchargeurs, des compresseurs d’air et d’autres équipements pour augmenter la pression de l’air et fournir les conditions pour le processus subséquent de refroidissement et de séparation.
Système de prérefroidissement et de purification d’air: y compris la tour de refroidissement par Air, la tour de refroidissement par eau, l’épurateur de tamis moléculaire et d’autres équipements. Tour de refroidissement à l’air et tour de refroidissement à l’eau grâce au rôle de l’eau réfrigérée et de l’eau de refroidissement, l’air comprimé est d’abord refroidi, et les impuretés telles que l’eau et le dioxyde de carbone sont éliminées. Le purificateur de tamis moléculaire absorbe en outre les hydrocarbures tels que l’eau, le CO2 et l’acétylène dans l’air, ce qui rend l’air plus pur.
Système d’échange de chaleur: comprend principalement l’échangeur de chaleur principal et le sous-refroidisseur et d’autres équipements, qui est utilisé pour l’échange de chaleur dans le processus de séparation d’air pour améliorer l’efficacité de séparation.
Système de Rectification: c’est la partie de noyau du dispositif de séparation d’air à basse température, qui est principalement composé de la tour de Rectification (y compris la tour supérieure et la tour inférieure), de l’évaporateur de condensation et d’autres équipements. En contrôlant la température et la pression, la colonne de distillation peut séparer progressivement le gaz avec différents points d’ébullition à différentes hauteurs.
Système de livraison de produit: y compris la station de régulation de pression, la station de mesure et d’autres équipements, utilisés pour séparer l’oxygène, l’azote et d’autres produits envoyés hors du dispositif pour une utilisation ultérieure.
Système de secours de stockage liquide: y compris le réservoir de stockage liquide, le réservoir de stockage de gaz, l’évaporateur liquide et tout autre équipement, utilisés pour stocker et vaporiser l’oxygène liquide séparé, l’azote liquide et d’autres produits.