ВВЕДЕНИЕ
Криогенные установки позволяют получать азот, кислород, аргон, водород и гелий в жидком и газообразном состоянии из окружающего воздуха. Благодаря низкотемпературной ректификации стало возможным получать жидкость и газы высокой концентрации.
В этой статье мы поговорим о криогенных установках и расскажем об их преимуществах и недостатках в сравнении с адсорбционными и мембранными станциями получения газообразного азота и кислорода.
Существует несколько модификаций криогенной ВРУ: простая и сложная.
Простая криогенная станция ограничивается получением газообразного азота, кислорода и аргона. Более сложная позволяет работать с более низкими температурами и позволяет получать водород, неон и гелий.
В нашей статье мы остановимся на криогенной ВРУ для получения азота, кислорода и аргона.
ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ
Технология работы криогенных воздухоразделительных установок основана на принципе низкотемпературной ректификации, то есть разделения воздуха в парожидкостной фазе на основные компоненты: азот, кислород и аргон. На сегодняшний день криогенные установки позволяют получать продукты разделения со следующими параметрами:
Азот, с концентрацией до 99.99995% и производительностью до 200 тыс. нм3/ч;
Кислород, с концентрацией до 99,9% и производительностью до 65 тыс. нм3/ч;
Аргон, с концентрацией до 99,9999% и производительностью до 4 тыс. нм3/ч.
Воздух сжимается в компрессоре и подается в блок предварительного охлаждения, где происходит отделение капельной влаги. Далее сжатый воздух попадает в систему комплексной отчистки (БКО) для глубокой осушки и удаление углекислого газа. Осушенный, очищенный и предварительно охлажденный воздух подается в блок разделения, где происходит основной процесс ректификации и получения продуктов.
СЖАТИЕ ВОЗДУХА
Воздушный компрессор обеспечивает повышение давления исходного воздуха, а также очистку от пыли, механических примесей и капельной влаги, с помощью встроенных воздушного фильтра и сепаратора.
ОХЛАЖДЕНИЕ И ОСУШКА
Система предварительного охлаждения воздуха на базе парокомпрессионной холодильной машины обеспечивает охлаждение воздуха до температуры +3…+7°С за счет теплообмена с холодильным агентом, циркулирующим в системе.
ОЧИСТКА
Блок комплексной очистки предназначен для адсорбционной очистки воздуха от углекислого газа, паров воды и углеводородов. Регенерация адсорбента осуществляется потоком подогретой отбросной смеси.
КРИОГЕННЫЙ БЛОК
Низкотемпературный блок обеспечивает необходимые условия для протекания основных технологических процессов разделения воздуха и защищает оборудование от воздействия окружающей среды. Охлаждение воздуха практически дo температуры сжижения за счет теплообмена с отбросной смесью и продуктовым азотом. Детандерный агрегат позволяет получить необходимый для низкотемпературной ректификации запас холода путем расширения кубового продукта из ректификационной колонны. Ректификационная колонна предназначена для правильной организации тепло-массообмена при осуществлении низкотемпературной ректификации воздуха с получением продуктов разделения высокой чистоты.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА
- Сжатие воздуха в многоступенчатом турбокомпрессоре с промежуточным и концевым холодильником. Удаление частиц пыли с помощью воздушного фильтра на входе в компрессор.
- Комплексная очистка воздуха от углекислого газа, паров воды и углеводородов. Подогрев отбросной смеси для регенерации блока комплексной очистки.
- Охлаждение воздуха практически до температуры сжижения за счет теплообмена с отбросной смесью и продуктовым азотом
- Выработка холода путем расширения части кубового продукта из колонны ректификации в турбодетандере Использование продуктового азота для утилизации работы, получаемой в турбодетандере.
- Разделение сжиженного воздуха с получением азота и кислорода высокой чистоты в процессе тепло-массобмена в колонне двукратной ректификации.
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
Выбирая между адсорбционной, мембранной и криогенной ВРУ, необходимо обратить внимание на следующие параметры:
-
Себестоимость производства продукта
Для криогенной ВРУ этот параметр будет самым низким. В основном - за счет объемов производства газообразного продукта. Это происходит потому, что удельная производительность одноступенчатого винтового воздушного компрессора, применяемого в адсорбционных установках ниже, чем у многоступенчатых турбокомпрессоров.
-
Габариты и обслуживание
Криогенная ВРУ занимает значительно больше места, чем адсорбционная установка. Помимо занимаемой площади, для криогенной ВРУ высокой производительности требуется установка емкостей для сбора жидкого и газообразного продукта. Сосуды, работающие под высоким давлением, имеющие объем выше 900 литров, требуют проведение технического аудита и регистрации в надзорных органах.
Обслуживание криогенной ВРУ требует остановки станции на долгий срок. Для проведения ТО оборудования потребуется присутствие специалистов поставщика либо специально обученная группа инженеров. Чем большей производительности станция, тем на более длительный срок может потребоваться приостановка для проведения обслуживания.
-
Выход на рабочий режим
Криогенная ВРУ требует значительно больше времени для выхода на рабочий режим. Выход на температурный режим для получения газообразного или жидкого азота потребует от нескольких часов до целых суток. Чем выше производительность станции, тем дольше будет происходить этот процесс.
В отличии от адсорбционной станции, для вывода на рабочий режим криогенной ВРУ потребуется постоянное дежурство специалистов на объекте.
Кроме того, для безопасной и бесперебойной работы станции потребуется присутствие инженеров на объекте 24/7.
ВАРИАНТЫ ИСПОЛНЕНИЯ
Мы предлагаем нашим клиентам 3 варианта исполнения криогенной ВРУ на объекте:
-
Стационарный блочно-модульный
Станция изготавливается и поставляется в блок-модулях в габаритах 40-футового морского контейнера и размещается на площадке заказчика. Такая технология позволяет не заниматься капитальным строительством и сборкой оборудования непосредственно на площадке заказчика. После монтажа блок-контейнеры подключаются к источнику питания, канализации (для отвода конденсата) и внешним ресиверам-накопителям готовой продукции.
-
Стационарный
Стационарное размещение криогенной ВРУ на площадке заказчика потребует проведения капитального строительства. Для этого необходимо получение специальных документов. В процессе производства и сборки оборудования на нашем производстве, наша компания занимается подготовкой площадки и сбором всей необходимой документации для начала строительства.
-
Мобильный блочно-модульный
Этот вариант поставки схож со стандартным блочно-модульным исполнением, однако вместо внешних габаритных ресиверов и емкостей используются компактные ресиверы, установленные непосредственно в блок-контейнерах. Такая комплектация позволяет легко перевозить установку на другие площадки.
