Unidades de separación de aire (ASU): instalaciones para separar el aire en componentes, a saber: oxígeno , nitrógeno , argón , neón , xenón , criptón . La composición gaseosa del aire en la tierra es la misma, con la excepción del dióxido de carbono, los hidrocarburos y el amoníaco, cuya concentración es varios (3 o más) órdenes de magnitud menor que el contenido de oxígeno y nitrógeno.
Las unidades de separación de aire se subdividen según la presión del ciclo de separación: P = 15 ÷ 20 MPa - alta presión, P = 4 ÷ 7 MPa - media presión, P = 0,5 ÷ 1,2 MPa - baja presión.
Históricamente, ha habido varias formas de separar el aire.
El original de las ASU existentes eran los licuadores de aire. Los primeros licuefactores eran un sistema de refrigeración de cuatro etapas con varios circuitos de refrigeración a base de amoníaco, alcohol bórico y algunas fracciones de gas natural (propano, butano, etano).
La primera persona en obtener oxígeno del aire por rectificación fue Carl Linde en 1895. Creó un ciclo criogénico, según el cual funcionaba la unidad de separación, más tarde se llamó instalación de Linde, y el ciclo de separación de aire se llamó ciclo de Linde. Este ciclo utilizó un efecto de estrangulamiento isotérmico, que fue creado por la compresión isotérmica en el compresor y la expansión posterior a través de una válvula de estrangulamiento. La planta operaba en un ciclo de alta presión P = 10 ÷ 15 MPa, con una capacidad de V c = 100 (m³ O 2 )/hora y una concentración x c = 99,5 ÷ 99,7% O 2 . Linde fue el primero en crear una máquina de refrigeración de amoníaco, que luego incluyó en el ciclo de separación de aire (en 1902).
La instalación de baja presión fue inventada por el científico soviético P. L. Kapitsa en 1939. La planta fue diseñada para producir oxígeno gaseoso y operaba en un ciclo de baja presión P = 0,6 ÷ 0,7 MPa La reducción de presión se logró mediante el uso de un turboexpansor en el ciclo , así como un aumento de un orden de magnitud en comparación con el ciclo Linde ( desde 3000 m³ de aire hasta hora y más) del aire consumido.
ASU consta de 2 secciones. Licuar y separar. La sección de licuefacción está diseñada para producir aire líquido, o mejor dicho, flema líquida, en la que la fracción de masa de oxígeno es ligeramente mayor que en el aire debido a un punto de ebullición más alto, como resultado, cuando los vapores se evaporan por encima de la flema, hay más bajo. -componentes en ebullición, como el nitrógeno.
La sección de licuefacción consta de una unidad compleja de tratamiento y secado (BKOO), un compresor, una serie de intercambiadores de calor, un expansor, que es un acelerador o expansor, y termina con un depósito para la acumulación de flema licuada. La mayoría de las veces, el tanque de reflujo es la parte inferior de la columna de destilación.
Como regla general, el sistema cuesta 2 o más intercambiadores de calor. El primer intercambiador de calor opera a temperaturas positivas y está diseñado para enfriar el aire comprimido por el compresor con aire ambiente. Los intercambiadores de calor posteriores enfrían el aire comprimido intercambiando calor con los productos salientes: oxígeno, nitrógeno o reflujo.
La sección de separación generalmente consta de una columna de destilación , un condensador-evaporador y una serie de intercambiadores de calor de nitrógeno-oxígeno. El número de columnas de destilación depende del tipo de gas o líquido que se obtenga en la instalación. Entonces, al recibir solo nitrógeno gaseoso, hay 1 columna en la instalación. Cuando se reciba oxígeno, la planta contendrá: las columnas superior e inferior y el condensador del evaporador entre ellas. Al recibir el argón, la instalación contendrá 4 columnas: inferior, superior, argón crudo, argón puro. Los gases restantes (xenón, criptón, neón) en el aire se obtienen en grandes ASU en forma de mezclas, de las cuales, además, en equipos especiales, estos gases se aíslan en forma pura. Durante el funcionamiento de la ASU, el neón y el helio se acumulan en el condensador del evaporador en forma de fracción no condensable y comienzan a interferir con los procesos de condensación de nitrógeno; se proporciona una válvula de purga para eliminarlos.
El aire que ha pasado por una serie de filtros de filtración mecánica ingresa al compresor, donde se comprime a la presión del ciclo, luego el aire ingresa al BKOO, donde se elimina la humedad, el dióxido de carbono y los hidrocarburos con la ayuda de absorbentes , luego que el aire entra en los intercambiadores de calor. Después de ellos, ingresa a la columna de destilación inferior, donde se destila en líquido de fondo (~ 35 % O 2 , 2 % Ar, el resto es nitrógeno) y nitrógeno gaseoso con una pureza de ~ 99,99 %.
Si la unidad recibe oxígeno además de nitrógeno, el líquido del fondo se suministra a la mitad de la columna de destilación superior y el nitrógeno líquido a la parte superior de la columna de destilación superior. El nitrógeno gaseoso se toma de la parte superior de la columna de destilación superior y el oxígeno líquido se recoge en la parte inferior. El oxígeno líquido ingresa al condensador-evaporador, que realiza el intercambio de calor con el nitrógeno gaseoso de la columna de destilación inferior. Con el tiempo, el neón y el helio se acumulan en el condensador del evaporador, lo que prevé la instalación de una válvula para purgar estos gases.
Hay tres métodos de separación de aire: adsorción, membrana y criogénico. De ahí los tipos de instalaciones: de adsorción, de membrana y criogénicas.
subdividido [1] :
Hay pequeños ASP en los que se utiliza como parte de licuefacción una máquina criogénica de gas que funciona en el ciclo de Stirling inverso . El gas de trabajo en una máquina de este tipo en la mayoría de los casos es helio.
Decodificación de títulos: [1]
Después del guión en el nombre del ASP, se indica su capacidad para el primer producto en mil m³/h o mil kg/h si se trata de productos líquidos.
Ejemplo: la unidad AzhKzh-0.6 recibe nitrógeno líquido en la cantidad de 0,6 mil kg/h, así como oxígeno líquido. La unidad KA-5 produce oxígeno gaseoso en la cantidad de 5.000 m³/h, así como nitrógeno gaseoso.