Продукты разделения воздуха применяют для интенсификации технологических процессов в чёрной и цветной металлургии, машиностроении, в химической отрасли, для газопламенного бурения твёрдых пород, в микробиологии, строительстве, радиоэлектронике. Использование ВРУ позволяет увеличить выработку продукции, улучшить её качество, снизить себестоимость.
Применение ВРУ
Воздухоразделительные установки служат для извлечения из атмосферного воздуха следующих компонентов:
- кислорода, который востребован при производстве чугуна, стали, химических веществ, выплавке меди, никеля, цинка, свинца;
- азота, необходимого для изготовления аммиака, азотной кислоты, минеральных удобрений, применяется в качестве защиты в нефтепереработке;
- редких газов, которые нужны для производства сверхчистых металлов, при газовой и газо-дуговой сварке, при изготовлении газоразрядных трубок.
ВРУ применяются в тех секторах народного хозяйства, где требуются продукты, извлечённые из воздушной смеси. На криогенных установках возможно одновременное получение азота, кислорода, аргона в различных агрегатных состояниях. Адсорбционный и мембранный тип позволяет выделять только один газообразный компонент.
Основные виды редких газов
Одноатомные благородные бесцветные газы без вкуса, запаха, располагаются в 18 группе таблицы Менделеева, их называют инертными из-за устойчивости внешних электронных оболочек, поэтому они практически не вступают в химические реакции. На содержание редких газов в воздухе приходится менее одного процента, однако ввиду их высокой востребованности, их извлекают, очищают от примесей и используют по назначению:
- аргон применяется для образования инертного пространства, для сварки и резки тугоплавких объектов, для получения титана, циркония, ниобия, молибдена, для продувки, плавки, разливки жидкой стали;
- криптоном ввиду низкой теплопроводности заполняют пространство в стеклопакетах;
- ксенон в соединении с фтором служит активным окислителем, необходим для организации мощного освещения;
- неон подходит для охлаждения, заполнения радиоламп, для создания рабочей среды в лазерах.
При этом гелий в основном получают из природных гелионосных газов.
Технические решения и оборудование для дооснащения
Получение обогащённых благородных составляющих из воздуха требует дополнительного оснащения воздухоразделительных установок. Производство осуществляется в несколько этапов.
Неон
- Первичный неоно-гелиевый концентрат получается в конденсаторах азотного тракта ВРУ как низкокипящая примесь азота, которая выводится после переработки на дефлегматорах.
- На специальном очистителе происходит выжигание водорода, адсорбция при высокой температуре воды и диоксида углерода, при низкой ‒ дефлегмация азота. На выходе получается состав с массовой долей неона до 75% и гелия до 40%.
- Дополнительная ректификация с предварительным освобождением от ненужных оставшихся примесей позволяет получать практически стопроцентный неон и гелий с его остатками до 15%.
Криптон, ксенон
- При переработке воздушной смеси на ВРУ тяжёлые инертные компоненты собираются в жидком кислороде вместе с углеводородами, которые концентрируют для обеспечения безопасности процесса. При наличии системы первичного концентрирования криптона получают смесь, содержащую Kr:Xe 0.1 ‒ 0.5%.
- Затем ПКК поступает на установки сырого криптона, где происходит сжатие при помощи компрессора до 0.5 МПа. Углеводороды подвергаются каталитическому окислению с удалением двуокиси углерода и воды. На ректификационной колонне ПКК разделяется на кислород и обогащённую криптоноксеноновую смесь с повышением концентрации компонентов.
- На третьей технологической стадии на специальной аппаратуре получают криптон и ксенон особо высокой чистоты.
Аргон
- Образование аргонной фракции около 11% внизу верхней ректификационной колонны вместе с О2 и N2.
- Получение сырого аргона с содержанием примерно 90% с примесью кислорода и азота.
- Выделение технического продукта способом каталитического гидрирования в установках типа УТА, АрТ, ХАРТ с незначительными остатками кислорода, азота, водорода.
- Получение чистого продукционного аргона ректификацией в низкотемпературной колонне с содержанием 99.999%.
Системы управления и контроля в ВРУ с редкими газами
Особое внимание уделяется автоматизации процессов управления, применению компьютерной техники. Необходимо оснащение ВРУ системами автоматического контроля технологических процессов, противоаварийной защиты, сигнализации на базе программируемых контроллеров, реализующих сбор и обработку данных, формирующих выдачу управляющих сигналов.
Требования к безопасности и стандарты
Эксплуатация ВРУ подчиняется Правилам безопасности при производстве и потреблении продуктов разделения воздуха ПБ 11-544-03. В частности, раздел XI касается конкретно безопасного использования установок выработки благородных газов. Основные положения:
- размещение в производственном помещении приточно-вытяжной вентиляции;
- наличие дистанционного управления аппаратурой, при его отсутствии необходимо оградить оборудование, разместить защитный экран перед пультом;
- выдержка баллонов с закаченной криптоноксеноновой смесью после заполнения не менее четырнадцати суток на складе;
- еженедельное проведение проверки герметичности мест соединений технологических линий;
- использование безводородных технологий для производства аргона;
- размещение ректоров очистки сырого аргона от кислородной примеси каталитическим гидрированием в отдельном помещении, оснащение их блокировкой подачи водорода с обязательной продувкой перед пуском и остановкой установки с контролем содержания водорода.
