اجزای ASU توضیح داده شده: کمپرسورها، سیستم تصفیه، مبدل‌های حرارتی، و ستون‌های تقطیر - اخبار شرکت

واحد جداسازی هوا (ASU) یک مرکز صنعتی است که هوای اتمسفر را به اجزای اصلی آن (عمدتاً نیتروژن و اکسیژن و گاهی اوقات گازهای کمیاب مانند آرگون) جدا می‌کند. جو حاوی تقریباً 78.1٪ نیتروژن، 20.9٪ اکسیژن و 0.93٪ آرگون، به علاوه مقادیر کمی از گازهای دیگر است. ASU ها از این منابع طبیعی استفاده می کنند و آنها را از طریق روش های فیزیکی جدا و خالص می کنند تا-نیازهای گاز با خلوص بالا در صنایع مختلف-مانند فولاد، فرآوری فلزات، مواد شیمیایی، نیمه هادی ها، پزشکی، بسته بندی مواد غذایی، تولید برق و تصفیه محیط زیست را برآورده سازند. با افزایش تقاضا برای گازهای صنعتی از طرف صنعت و ساخت مدرن، ASUهای با راندمان بالا،-بالا-ظرفیت{11}}و مصرف کم به بخش مهمی از زیرساخت ها تبدیل شده اند.

یک ASU معمولی شامل اجزای کلیدی زیر است:

کمپرسورهای هوا

سیستم تصفیه / تصفیه هوا

مبدل های حرارتی/سیستم خنک کننده برودتی

ستون های تقطیر / برج ها / ستون های اصطکاکی

سیستم‌های کمکی (مانند سیستم‌های ذخیره‌سازی/جمع‌آوری/حمل و نقل) – در حالی که «اجزای جداسازی هسته» نیستند، اما برای تحویل و ذخیره‌سازی نهایی گاز بسیار مهم هستند.

These components work together to create a system from air -> purification -> liquefaction -> separation ->مجموعه

تابع - هوای اتمسفر را جذب می‌کند و آن را به فشار بالاتری فشرده می‌کند تا فرآیندهای خنک‌سازی و روان‌سازی بعدی کارآمدتر شود.

پارامترهای عملیاتی معمولی - معمولاً هوا را به اندازه تقریبی 5 تا 10 بار فشرده می‌کند. این سطح فشار برای تبادل حرارت بعدی و راندمان مایع سازی مفید است.

اهمیت - اگر فشرده‌سازی کافی نباشد، چگالی هوا ناکافی خواهد بود و در نتیجه خنک‌سازی و مایع‌سازی ناکافی می‌شود. اگر فشرده سازی بیش از حد باشد، مصرف انرژی تجهیزات و بار مکانیکی افزایش می یابد. بنابراین، طراحی سیستم فشرده سازی و تعداد مراحل فشرده سازی (تک مرحله-، چند مرحله-) برای عملکرد کلی ASU بسیار مهم است.

علاوه بر این، سیستم کمپرسور اغلب همراه با خنک‌کننده‌ها و جداکننده‌ها برای حذف غبار روغن، میعانات و ناخالصی‌های مایع تولید شده در حین فشرده‌سازی استفاده می‌شود و پایه‌ای را برای تصفیه و خنک‌سازی بعدی ایجاد می‌کند. (برای سیستم‌های فشرده‌سازی صنعتی پیچیده‌تر، معمولاً طراحی فشرده‌سازی چند مرحله‌ای + خنک‌کننده درونی + جداسازی روغن/آب توصیه می‌شود.)

هدف - حذف رطوبت، دی اکسید کربن (CO2) و سایر آلاینده‌های کمیاب (مانند هیدروکربن‌ها، غبار روغن و غیره) از هوای فشرده. اگر این ناخالصی‌ها در هوا باقی بمانند، مستعد یخ زدن و انجماد در طی{3}}سرد شدن یا مایع شدن در دمای پایین بعدی هستند که منجر به مسدود شدن لوله، آسیب به تجهیزات و کاهش خلوص می‌شود.

فن آوری های رایج
روش های جذب (به عنوان مثال، غربال های مولکولی، خشک کننده ها)
سیستم های جذب نوسان فشار (PSA) (همچنین ممکن است در برخی از ASU ها استفاده شود)
فن آوری جداسازی غشایی (در برخی موارد غیر{0}}درجه حرارت پایین-، نیازمند خلوص پایین-)

اهمیت - مرحله تصفیه برای اطمینان از خلوص گاز نهایی، عملکرد پایدار و ایمنی تجهیزات بسیار مهم است. تصفیه ناقص می تواند منجر به انجماد تجهیزات، انسداد، کاهش خروجی یا وقفه در تولید شود. این امر به ویژه برای صنایعی که به گازهای{2} با خلوص بالا (مانند اکسیژن پزشکی، نیتروژن نیمه هادی، گازهای بی اثر و غیره) نیاز دارند، بسیار مهم است.

وظیفه - خنک کردن هوای فشرده تصفیه شده تا دمای بسیار پایین برودتی، مایع کردن آن برای آماده سازی برای شکنش/تقطیر. به طور معمول، دما به -150 درجه یا کمتر کاهش می یابد.

پیاده‌سازی - دستیابی به کاهش تدریجی دمای هوا از طریق یک سری مبدل‌های حرارتی با راندمان بالا و سیکل‌های تبرید برودتی. مبدل‌های حرارتی با هوای فشرده و تصفیه‌شده و مبرد برودتی (و احتمالاً مقداری گاز رفلاکس) در سیستم، گرما را مبادله می‌کنند و به خنک‌سازی و مایع شدن می‌رسند.

اجزای سیستم - جعبه سرد، مبدل‌های حرارتی برودتی، سیستم فشرده‌سازی/انبساط گردش مبرد، و احتمالاً طراحی صرفه‌جویی در انرژی رفلکس- (بازیابی گرما).

ملاحظات کلیدی - راندمان خنک کننده، مواد و طراحی مبدل حرارتی (الزامات بالا برای هدایت گرما و تحمل برودتی)، و مصرف انرژی و پایداری چرخه تبرید. طراحی مبدل حرارتی با راندمان بالا و بهینه سازی سیکل تبرید مستقیماً بر مصرف انرژی و صرفه جویی در ASU تأثیر می گذارد.

اصل - جداسازی با استفاده از تفاوت در نقاط جوش اجزا حاصل می‌شود: اجزای اصلی هوا مانند نیتروژن (N2)، اکسیژن (O2) و آرگون (Argon) دارای نقطه جوش تقریباً هستند:

نیتروژن (N2): -196 درجه

آرگون (Ar): -186 درجه (در صورت استخراج)

اکسیژن (O2): -183 درجه

عملیات - هوای مایع به یک ستون تقطیر (یا ستون چند مرحله‌ای) وارد می‌شود. همانطور که مایع بالا می آید و به تدریج در ستون گرم می شود، اجزای مختلف در نقاط جوش مربوطه تبخیر/تبخیر می شوند. نیتروژن ابتدا تبخیر می شود و کمترین نقطه جوش را دارد (تولید گاز بالای نیتروژن)، در حالی که بخار اکسیژن سنگین ترین/بالاترین نقطه جوش (تولید مایع پایین اکسیژن) است. اگر آرگون وجود داشته باشد، معمولاً از یک بخش میانی (نقطه استخراج میانی) استخراج می شود.

ساختار برج - برای به دست آوردن گازهای-با خلوص بالا، معمولاً از سیستم‌های سری چند برج (دو-برج یا سه{4}}سازه برج) استفاده می‌شود، به خصوص زمانی که نیتروژن، اکسیژن و آرگون نیاز به استخراج همزمان داشته باشند. طراحی برج، تعداد سینی‌ها (یا ساختار بسته‌بندی)، نسبت رفلاکس و فشار عملیاتی همگی بر راندمان جداسازی و خلوص تأثیر می‌گذارند.

جداسازی و استخراج محصول - اجزای مختلف (گاز یا مایع) در بالا یا پایین برج جمع‌آوری می‌شوند و به سیستم‌های ذخیره‌سازی/خروجی بعدی تخلیه می‌شوند.

در زیر یک جریان فرآیند ساده شده برای یک ASU Cryogenic معمولی آمده است:

مکش و فشرده سازی گاز: هوای اتمسفر توسط یک کمپرسور به داخل کشیده شده و تحت فشار (5 تا 10 بار) قرار می گیرد.

تصفیه: هوای فشرده برای حذف ناخالصی هایی مانند رطوبت، CO2 و غبار روغن وارد سیستم تصفیه می شود. از تکنیک های جذب (PSA)، جداسازی غشایی یا غربال مولکولی استفاده می شود.

خنک سازی و مایع سازی: هوای تصفیه شده از طریق جعبه سرد، مبدل حرارتی و چرخه تبرید تا دمای بسیار پایین خنک می شود و باعث مایع شدن آن می شود. شکنش/تقطیر: هوای مایع وارد یک برج شکنش (به طور بالقوه یک برج چند مرحله‌ای) می‌شود، جایی که جداسازی با استفاده از تفاوت در نقاط جوش، با اجزای گاز لایه به لایه (نیتروژن، آرگون، اکسیژن و غیره) از هم جدا می‌شود.

جمع‌آوری، ذخیره‌سازی و حمل و نقل: گاز (یا مایع) جدا شده استخراج و در مخازن ذخیره‌سازی (سیلندرهای فشار قوی یا مخازن مایع برودتی) ذخیره می‌شود و سپس از طریق خطوط لوله، کامیون‌های مخزن، یا شبکه‌های تامین گاز به کاربر نهایی منتقل می‌شود.

کل فرآیند بسیار یکپارچه است و به عملیات هماهنگ سیستم های فشرده سازی، تصفیه، خنک کننده، جداسازی و ذخیره سازی برای اطمینان از خلوص گاز، تامین پایدار و راندمان بالا نیاز دارد.

گازهای اصلی جدا شده توسط ASU (اکسیژن، نیتروژن، آرگون و غیره) نقش بسیار مهمی در تولید صنعتی و اجتماعی دارند:
آهن و فولاد، متالورژی، فرآوری فلزات-اکسیژن برای احتراق، برش اکسیژن، و جوشکاری استفاده می‌شود. نیتروژن/آرگون برای حفاظت از جو بی اثر، عملیات حرارتی و ذوب استفاده می شود.
صنایع شیمیایی/پتروشیمی/صنایع شیمیایی زغال سنگ-نیتروژن برای حفاظت بی اثر، گاز حامل و رقیق سازی گاز استفاده می شود. اکسیژن برای واکنش های اکسیداسیون و پشتیبانی از احتراق استفاده می شود. تولید نیمه هادی/الکترونیک - نیتروژن/آرگون با خلوص{3} بالا در اتمسفرهای بی اثر برای جلوگیری از اکسیداسیون یا آلودگی استفاده می شود.

پزشکی/داروسازی - ارائه اکسیژن/نیتروژن/آرگون با خلوص بالا{{1} برای پشتیبانی تنفسی، جراحی، داروها و گازهای آزمایشگاهی.

بسته بندی مواد غذایی/صنایع غذایی - استفاده از نیتروژن (گاز بی اثر) به عنوان گاز بسته بندی برای افزایش عمر مفید و جلوگیری از اکسیداسیون.

انرژی/حفاظت از محیط‌زیست/تصفیه محیط‌زیست - مقادیر زیادی اکسیژن در فرآیندهای تصفیه فاضلاب/فاضلاب، سوزاندن و حفاظت از محیط‌زیست استفاده می‌شود. نیتروژن/آرگون نیز در صنایع نوظهور مانند انرژی های نو و تولید باتری اهمیت فزاینده ای پیدا می کند.

علاوه بر این، برای کاربرانی که نیازهای گازی-در مقیاس بزرگ و با خلوص{{1} بالا (مانند کارخانه‌های فولاد، کارخانه‌های شیمیایی، تولید-در مقیاس بزرگ و کارخانه‌های نیمه‌رسانا) دارند، Cryogenic ASU راه‌حل‌های مقرون‌به‌صرفه، پایدار و قابل اعتماد ارائه می‌کند. از طریق تولید در مقیاس بزرگ و یکپارچه سازی سیستم، هزینه های گاز واحد را می توان به میزان قابل توجهی کاهش داد و به صرفه جویی در مقیاس دست یافت.

از طریق توضیح دقیق اجزای مختلف یک ASU (کمپرسور، سیستم تصفیه هوا، مبدل حرارتی خنک کننده، ستون تقسیم و غیره)، می‌توان دریافت که ASU یک دستگاه واحد نیست، بلکه یک سیستم بسیار یکپارچه است. هر بخش باید دقیقاً و به طور مشترک برای دستیابی به راندمان بالا، خلوص-بالا، و در مقیاس بزرگ- جداسازی هوا و تامین گاز کار کند.

با افزایش تقاضای صنعتی برای گازهای{0} با خلوص بالا و الزامات سختگیرانه برای بهره وری انرژی، حفاظت از محیط زیست و کنترل هزینه، فناوری ASU به طور مداوم در حال پیشرفت است. ASU های مدرن به طور فزاینده ای تأکید می کنند: بهبود راندمان تبادل حرارت و کاهش مصرف انرژی خنک کننده. سیستم های کنترل و اتوماسیون (-نظارت در زمان واقعی، بهینه سازی فرآیند)؛ طراحی مدولار (لغزش-نصب شده/سرد-ادغام جعبه) + چرخه‌های ساخت سریع‌تر + عملکرد پایدارتر. گازهای متعدد، ظرفیت‌های تولید متعدد، خلوص بالا + سفارشی‌سازی برای رفع نیازهای مشتری - که زمینه‌های مختلفی مانند فولاد، شیمیایی، پزشکی، نیمه‌رسانا و انرژی‌های نو را برآورده می‌کند.

برای شرکت‌هایی مانند شرکت شما (عمدتاً تولیدی)، در حالی که تولید مستقیم در یک ASU ممکن است مستقیماً مرتبط نباشد، درک چگونگی عملکرد چنین تأسیسات صنعتی پایه به درک زنجیره تأمین گاز بالادست، ساختار هزینه مواد خام، و تقاضا و مشخصات گازهای صنعتی (اکسیژن، نیتروژن) در فرآیندهای شامل پردازش فلز، سازه‌های فولادی، جوشکاری پتانسیل، و رنگ‌آمیزی کمک می‌کند. کنترل کیفیت و هماهنگی زنجیره تامین