Воздухоразделительные установки (ВРУ): типы и принцип устройства

Воздух в атмосфере земли содержит два основных компонента, это азот (78%) и кислород (21%). В состав также входят другие газы в небольших количествах: аргон, диоксид углерода, неон, гелий, криптон, ксенон, водород.

Воздух в атмосфере земли содержит два основных компонента, это азот (78%) и кислород (21%). В состав также входят другие газы в небольших количествах: аргон, диоксид углерода, неон, гелий, криптон, ксенон, водород. Для извлечения из воздушной среды её составляющих разработано специальное оборудование. Существует три типа установок для разделения воздуха по способу выделения фракций: криогенные, адсорбционные, мембранные.

Криогенные

В основе работы ВРУ лежит метод низкотемпературной ректификации. Производственный процесс состоит из нескольких этапов:

• сжатие воздуха компрессорами до заданных показателей давления;
• очистка от углекислого газа, углеводородов и освобождение от влаги на блоке при помощи адсорбента;
• подготовка кубовой жидкости с помощью детандеров и теплообменников перед ректификацией;
• выделение чистого азота на ректификационной колонне;
• получение кислорода после нижней колонны в жидком виде, а затем его отбор из системы после конденсатора-испарителя.

Преимущества:

• использование целесообразно при переработке более тысячи кубометров воздушной массы в час;
• возможность получения продуктов в комплексе как в жидком, так и газообразном состоянии в неограниченных объемах;
• высокая степень чистоты кислорода (свыше 99.2%) и азота (от 98% и выше);
• низкая себестоимость конечных продуктов по сравнению с другими типами получения при значительных объемах.

Недостатки: 

• периодическая остановка работы промышленной установки для проведения ремонта, профилактики; оборудование не переводится в режим ожидания;
• высокие требования к обслуживанию;
• необходимость больших площадей для размещения;
• продолжительный период запуска, выхода не рабочий режим.

Монтаж криогенных систем базируется на положениях ГОСТ Р 54892-2012.  ВРУ классифицируют по виду получаемого продукта: кислорода, азота, аргона, редких газов.

ООО «РусГазКрио», официальный дилер Hangzhou Oxygen Plant Group, производителя криогенного оборудования, занимается поставками ВРУ по России и в страны СНГ. 

Особенности:

• продолжительность непрерывного технологического цикла от года, производительность до 110 000 м³/ч;
• адсорбент для блока комплексной очистки и осушки состоит из оксида алюминия и цеолита;  
• использование эффективных пластинчато-ребристых теплообменников;
• снижение затрат из-за расширения воздуха в турбодетандере и сжатия его в компрессоре;
• реализация диалогового управления системой при помощи АСУ.

Воздухоразделительные установки комплектуются всем необходимым для полноценной эффективной работы. Комплект поставки согласуется с заказчиком, зависит от проекта и влияет на окончательную стоимость заказа.

Адсорбционные

Технологический процесс базируется на применении адсорбентов. Для кислорода это чаще всего цеолитовые молекулярные сита, которые дают на выходе чистоту 93+2 %. В азотных агрегатах устанавливают углеродные сита с мелкими порами, которые позволяют получать азот с чистотой, доходящей почти до ста процентов. Специальные бустеры допускают работу с давлением 15 МПа. 

Мембранные

Технология производства опирается на использование пористых мембран для газоразделения.  Процесс базируется на разных парциальных давлениях с нижней и верхней стороны плёнки.

Особенности:

• Пленочный пористый материал применяется для получения только азота с относительно низким выходом 95 ‒ 99.5%.
• Мембраны со временем деградируют (в первый год производительность падает примерно на десять процентов).
• Достаточно большие затраты электроэнергии ввиду использования более высокого давления для сжатия воздуха, его предварительного подогрева. Чаще всего мембранные технологии задействуют для мобильных установок, вырабатывающих от 500 мм³/ч продукта.

Вывод

Выбирают ВРУ:

• криогенные, когда нужно получить несколько компонентов с высокой степенью чистоты в виде жидкостей и газов на производительных установках, работающих в разных режимах в зависимости от назначения и функционала;
• адсорбционные востребованы для получения азота и кислорода с достаточной степенью чистоты технических газов в ограниченных объемах при помощи быстрого производственного цикла;
• мембранные подходят для удовлетворения потребностей в небольшом количестве газообразного азота с ограничениями по чистоте; характеризуются компактностью и мобильностью.