Кислородные установки - это промышленные системы, предназначенные для выработки кислорода. Обычно они используют воздух в качестве сырья и отделяют его от других компонентов воздуха с помощью абсорбции при колебаниях давления или мембранной сепарации. Такие установки отличаются от установок криогенного разделения, которые разделяют и улавливают все компоненты воздуха.
Кислород находит широкое применение в различных технологических процессах и практически во всех отраслях промышленности. Применение первичного кислорода связано с его способностью поддерживать процесс горения и сильными окислительными свойствами.
Благодаря этому кислород нашел широкое применение в процессах обработки металлов, сварки, резки и пайки. В химической и нефтехимической промышленности, а также в нефтегазовом секторе кислород используется в промышленных объемах в качестве окислителя в химических реакциях.
Разделение газов адсорбционными системами основано на различных скоростях адсорбции компонентов газовой смеси твердым адсорбентом.
Современные способы производства газообразного кислорода из воздуха с использованием адсорбционной технологии производят на выходе высокую фракцию кислорода. Механизм работы современной установки адсорбции кислорода основан на изменении поглощения конкретного газового компонента адсорбентом при изменении температуры и парциального давления газа.
Таким образом, процессы адсорбции газа и регенерации адсорбента можно регулировать путем изменения параметров давления и температуры.
Технологический процесс кислородной установки устроен таким образом, что компоненты газовой смеси с высокой абсорбцией поглощаются адсорбентом, в то время как компоненты с низкой абсорбцией и неабсорбируемые компоненты проходят через установку. На сегодняшний день существует три метода организации процесса разделения воздуха на основе адсорбции с использованием качающихся технологий: напорный (PSA), вакуумный (VSA) и смешанный (VPSA). В процессах адсорбции с переменным давлением кислород восстанавливается при давлении выше атмосферного, а регенерация достигается при атмосферном давлении. В процессах вакуумной адсорбции с переменным потоком кислород восстанавливается при атмосферном давлении, а регенерация достигается при отрицательном давлении. Работа смешанных систем сочетает в себе колебания давления от положительного до отрицательного.
Адсорбционные кислородные установки производят от 5 до 5000 нормальных кубических метров в час кислорода чистотой 93-95%. Эти системы, предназначенные для работы внутри помещений, настроены на эффективное производство газообразного кислорода из атмосферного воздуха.
Неоспоримым преимуществом кислородных установок на основе адсорбции является невысокая стоимость получаемого кислорода в тех случаях, когда нет жестких требований к чистоте продукта по кислороду.
Конструктивно адсорбционная кислородная установка состоит из нескольких адсорберов, компрессорной установки, блока предварительной очистки, системы клапанов и системы управления установкой.
Простой адсорбер представляет собой колонку, заполненную слоями специально подобранных адсорбентов - гранулированных веществ, преимущественно адсорбирующих хорошо адсорбируемые компоненты газовой смеси.
Там, где чистота газообразного кислорода требуется на уровне 90-95% с производительностью до 5000 нм 3 в час, адсорбционные кислородные установки являются оптимальным выбором. Такую чистоту кислорода можно также получить за счет использования систем, основанных на криогенной технологии; однако криогенные установки более громоздки и сложны в эксплуатации.
Некоторые компании производят высокоэффективные системы получения кислорода из атмосферного воздуха с помощью мембранной технологии.
В основе разделения газовых сред с использованием мембранных систем лежит разница в скорости, с которой различные компоненты газовой смеси проникают в вещество мембраны. Движущей силой процесса разделения газов является разница парциальных давлений на разных сторонах мембраны.
Современная газоразделительная мембрана, используемая ГРАСИС, больше не является плоской пластиной, а состоит из полых волокон. Мембрана состоит из пористого полимерного волокна, на внешнюю поверхность которого нанесен газоразделительный слой. Конструктивно мембрана из полых волокон выполнена в виде цилиндрического картриджа, представляющего собой катушку со специально намотанным полимерным волокном.
Мембранный картриджИз-за высокой проницаемости материала мембраны для кислорода, в отличие от азота, конструкция кислородных комплексов мембран требует особого подхода. В основном это две мембранные технологии получения кислорода: компрессорная и вакуумная.
В случае компрессорной техники воздух подается в пространство волокна под избыточным давлением, кислород выходит из мембраны под небольшим избыточным давлением и, при необходимости, сжимается дожимным компрессором до необходимого уровня давления. За счет использования вакуумной технологии вакуумный насос используется для достижения разницы парциальных давлений.
Разработанные для эксплуатации в помещениях, мембранные кислородные установки позволяют эффективно обогащать воздух кислородом до концентрации 30-45%. Комплексы рассчитаны на производительность от 5 до 5 000 нм3 / ч насыщенного кислородом воздуха.
В мембранной кислородной установке разделение газов достигается в модуле разделения газов, состоящем из половолоконных мембран и представляющем собой критически важный и высокотехнологичный блок. Помимо блока разделения газа, другими важными техническими компонентами являются дожимный компрессор или вакуумный насос, блок предварительной очистки и система управления установкой.
Внедрение мембранных систем для обогащения воздуха обещает многократную экономию кислорода, когда концентрация кислорода 30-45% достаточна для удовлетворения технологических потребностей. Помимо экономии на расходах на кислород продукта, существует побочный экономический эффект, основанный на чрезвычайно низких эксплуатационных расходах.
Благодаря применению мембранной технологии кислородные установки обладают выдающимися техническими характеристиками. Мембранные кислородные установки отличаются высокой надежностью благодаря отсутствию движущихся частей в модуле газоразделения.
Системы очень просты в эксплуатации - контроль всех рабочих параметров осуществляется автоматически. Из-за высокой степени автоматизации завода не требуется надзор со стороны персонала во время его работы.
Мембранные кислородные установки находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности по всему миру. При умеренных требованиях к чистоте кислорода в продукте - до 30-45%, мембранные системы в целом оказываются экономически более выгодными, чем адсорбционные и криогенные системы. К тому же мембранные установки намного проще в эксплуатации и надежнее.