Séparation de l'air et son processus de distillation

Plantes de séparation d'air séparer l'air atmosphérique dans ses principaux composants, généralement l'azote et l'oxygène, et parfois l'argon et d'autres gaz rares et inertes.La méthode la plus courante de séparation de l'air est la distillation fractionnée. Les unités de séparation d'air cryogéniques (ASUS) sont utilisées pour fournir de l'azote ou de l'oxygène et produisent souvent de l'argon en même temps. D'autres méthodes telles que les membranes, l'adsorption de la balançoire de pression (PSA) et la swing de pression sous vide L'adsorption (VPSA) est utilisée commercialement pour séparer les composants uniques de l'air ordinaire. Les gaz d'oxygène, d'azote et d'argon de haute pureté utilisés dans la fabrication de dispositifs semi-conducteurs nécessitent une distillation cryogénique. De plus récupéré dans les processus avancés de séparation de l'air.

Processus de distillation cryogénique

Les gaz purs peuvent être séparés de l'air par un premier refroidissement jusqu'à ce qu'ils soient liquéfiés, puis distillant sélectivement les composants à différentes températures d'ébullition. siècle et est toujours utilisé aujourd'hui pour produire des gaz de haute pureté. Il l'a développé en 1895; Le processus est resté purement académique pendant sept ans avant d'être utilisé pour la première fois dans les applications industrielles (1902). Le processus de séparation cryogénique nécessite que l'échangeur de chaleur et la colonne de séparation soient très étroitement couplés pour une bonne efficacité, et toute l'énergie utilisée pour la réfrigération est fournie par l'air compression à l'entrée de l'unité.

1.pour atteindre la distillation cryogénique, l'ASU nécessite un cycle de réfrigération qui fonctionne à l'aide de l'effet Joule-Thomson, et l'équipement froid doit être conservé dans une enceinte isolée (souvent appelée "Cold Box "). Le refroidissement du gaz Nécessite beaucoup d'énergie pour faire fonctionner ce cycle de réfrigération et est fourni par le compresseur d'air. Les Asus modernes utilisent une turbine d'extension pour le refroidissement; La sortie de l'expanseur aide à conduire un compresseur d'air pour une plus grande efficacité. Le processus se compose des étapes principales suivantes: pré-filtrage de la poussière dans l'air avant la compression.

2. L'air est comprimé et la pression d'administration finale est déterminée par le taux de récupération du produit et l'état du fluide (gaz ou liquide). Différentes pressions pour augmenter l'efficacité de l'ASU. Pendant la compression, l'eau se condense dans le refroidisseur interstage.

3. L'air de processus est généralement passé à travers un lit de tamis moléculaires pour éliminer toute vapeur d'eau résiduelle ainsi que le dioxyde de carbone, qui peut geler et brancher l'équipement cryogénique. provoquer des explosions pendant la distillation de l'air ultérieure. Les lits de tamis moléculaires doivent être régénérés.

4. L'air de processus passe par un échangeur de chaleur intégré (généralement un échangeur de chaleur à plaques) et est refroidi dans le flux de température à basse température (et déchets). Une partie de l'air se liquéfie pour former un liquide riche en oxygène. , qui est obtenu en élargissant davantage le cours d'eau enrichi plus en oxygène à travers une valve ou par un expanseur (compresseur inversé).

5.Alternativement, lorsque l'ASU produit de l'oxygène pur, le condenseur peut être refroidi par échange de chaleur avec le reboileur dans la colonne de distillation à basse pression (LP) (fonctionnant à 1,2-1,3 barre ABS) pour minimiser les coûts de compression, le condensateur combiné / Reboiler de la colonne HP / LP doit fonctionner avec une différence de température de seulement 1-2 K, nécessitant des échangeurs de chaleur en aluminium à plaques. Le produit liquide est obtenu en utilisant l'effet Joule-Thomson dans l'expanneur, qui alimente l'air comprimé directement dans la colonne de basse pression. Par conséquent, une certaine partie de l'air n'est pas séparée et doit partir de la partie supérieure de la colonne de basse pression comme flux d'échappement.

6.Comment le point d'ébullition de l'argon (87,3 K dans des conditions standard) se situe entre celui de l'oxygène (90,2 K) et celui de l'azote (77,4 K), l'argon s'accumule dans la partie inférieure de la colonne de basse pression. Lors de l'argon produit, La vapeur de tirage latéral est tirée de la colonne de basse pression avec la plus forte concentration d'argon.Il est envoyé dans une autre colonne où l'argon est rectifié à la pureté requise, à partir duquel le liquide est renvoyé au même endroit dans la colonne LP. Les niveaux de 1 ppm peuvent être obtenus en utilisant un emballage structuré moderne avec une chute de pression très basse. Bien que la teneur en argon soit inférieure à 1% dans l'alimentation, la colonne Air Argon nécessite beaucoup d'énergie en raison du rapport de reflux élevé (environ 30) requis par La colonne Argon. Le refroidissement de la colonne d'argon peut être fourni par une expansion à froid riche liquide ou azote liquide.

7. Enfin, le produit produit sous forme de gaz est chauffé à la température ambiante par rapport à l'air entrant. refroidissement externe pendant le démarrage.