HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD.

Die kryogene Luftzerlegung ist eine der wichtigsten Methoden zur Herstellung von hochreinem Stickstoff und Sauerstoff in der modernen Industrie. Diese Technologie findet breite Anwendung in verschiedenen Branchen wie der Metallurgie, der chemischen Industrie und der Medizin. Dieser Artikel beleuchtet detailliert, wie die kryogene Luftzerlegung hochreinen Stickstoff und Sauerstoff erzeugt und welche Schlüsselschritte und Anlagen dabei zum Einsatz kommen.

1. Grundprinzip der kryogenen Luftzerlegung

Die kryogene Luftzerlegung ist ein Verfahren, bei dem die Hauptbestandteile der Luft durch Absenken der Temperatur getrennt werden. Luft besteht hauptsächlich aus Stickstoff, Sauerstoff und einem geringen Anteil Argon. Durch Komprimierung und Abkühlung der Luft auf extrem niedrige Temperaturen wird sie verflüssigt. Anschließend werden die unterschiedlichen Siedepunkte der Gase zur Destillation genutzt, um Stickstoff und Sauerstoff zu trennen. Der Siedepunkt von Stickstoff liegt bei -195,8 °C und der von Sauerstoff bei -183 °C. Daher können sie durch stufenweise Destillation getrennt gereinigt werden.

2. Vorbehandlungsstufe: Luftreinigung

Bei der kryogenen Luftzerlegung ist die Luftvorbehandlung ein entscheidender erster Schritt. Luft enthält Verunreinigungen wie Staub, Kohlendioxid und Feuchtigkeit, die in der kalten Umgebung gefrieren und zu Verstopfungen der Anlagen führen können. Daher wird die Luft zunächst filtriert, komprimiert und getrocknet, um Verunreinigungen und Feuchtigkeit zu entfernen. Trockner und Molekularsiebadsorber sind typische Komponenten, die zur Entfernung von Verunreinigungen aus der Luft eingesetzt werden und so die Stabilität und Effizienz des nachfolgenden kryogenen Trennprozesses gewährleisten.

3. Luftkompression und Kühlung

Die gereinigte Luft muss komprimiert werden, üblicherweise durch mehrere Kompressoren, um den Druck auf 5–6 Megapascal zu erhöhen. Anschließend wird die komprimierte Luft durch Wärmetauscher mit dem zurückgeführten Gas auf eine niedrige Temperatur abgekühlt, wobei die Temperatur schrittweise bis zum Verflüssigungspunkt gesenkt wird. In diesem Prozess spielen die Wärmetauscher eine entscheidende Rolle, da sie den Energieverbrauch effektiv reduzieren und die Kühlleistung verbessern. Dadurch wird sichergestellt, dass die Luft unter niedrigen Temperaturbedingungen verflüssigt werden kann, wodurch die Voraussetzungen für die anschließende Destillationstrennung geschaffen werden.

4. Luftverflüssigung und Destillation

Im kryogenen Trennturm wird die komprimierte und gekühlte Luft weiter verflüssigt. Die verflüssigte Luft wird zur Trennung in den Destillationsturm geleitet. Dieser ist in einen Hochdruck- und einen Niederdruckturm unterteilt. Im Hochdruckturm wird die Luft in Rohsauerstoff und Rohstickstoff getrennt. Diese werden anschließend im Niederdruckturm weiter destilliert, um hochreinen Sauerstoff und Stickstoff zu gewinnen. Die Trennung von Stickstoff und Sauerstoff nutzt hauptsächlich ihre unterschiedlichen Siedepunkte, wodurch eine effiziente Trennung im Destillationsturm erreicht wird.

5. Reinigungsprozess

Der im Destillationsturm abgetrennte Sauerstoff und Stickstoff enthalten noch geringe Mengen an Verunreinigungen und müssen daher weiter gereinigt werden, um industrielle und medizinische Standards zu erfüllen. Die Reinheit des Stickstoffs lässt sich durch Wasserstoff-Desoxygenierungskatalysatoren verbessern, während die Reinheit des Sauerstoffs durch erneute Destillation erreicht werden kann. Zur Verbesserung der Produktgasreinheit werden üblicherweise Anlagen wie Stickstoff- und Sauerstoffreiniger eingesetzt, wodurch letztendlich hochreine Sauerstoff- und Stickstoffprodukte gewonnen werden.

6. Anwendungen von Stickstoff und Sauerstoff

Hochreiner Stickstoff und Sauerstoff, gewonnen durch kryogene Luftzerlegung, finden in zahlreichen Branchen breite Anwendung. Hochreiner Stickstoff dient in der chemischen Industrie als Schutz- und Trägergas, in der Lebensmittelindustrie zur Konservierung und Verpackung, und Sauerstoff wird in der Medizin und der Schweißindustrie eingesetzt. Auch in der Metallurgie trägt Sauerstoff zur Verbesserung der Verbrennungseffizienz und zur Reduzierung von Kohlenstoffemissionen bei. In diesen Anwendungsbereichen ist die Reinheit des Gases entscheidend für seine Eignung, und die kryogene Luftzerlegung hat sich aufgrund ihrer effizienten Trennung und der hohen Reinheit des Produkts einen Namen gemacht.

7. Vorteile und Herausforderungen der kryogenen Luftzerlegungstechnologie

Die kryogene Luftzerlegungstechnologie ist aufgrund ihrer hohen Reinheit und Effizienz in der Industrie sehr gefragt. Allerdings steht diese Technologie auch vor Herausforderungen wie hohem Energieverbrauch und hohen Wartungskosten. Um den Energieverbrauch zu senken, sind moderne kryogene Luftzerlegungsanlagen üblicherweise mit fortschrittlichen Energiesparsystemen ausgestattet, beispielsweise mit Wärmerückgewinnungsanlagen und mehrstufigen Kompressionskühlsystemen. Darüber hinaus hat der Einsatz von Automatisierungstechnik die Betriebseffizienz und Sicherheit von Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen deutlich verbessert. Durch technologische Optimierung und Anlagenverbesserungen konnten die Energieeffizienz und Stabilität von Tieftemperatur-Luftzerlegungssystemen kontinuierlich gesteigert und ihre Anwendung in verschiedenen Branchen weiter gefördert werden.

Die Tieftemperatur-Luftzerlegung zählt derzeit zu den effektivsten Verfahren zur Herstellung von hochreinem Stickstoff und Sauerstoff. Sie trennt und reinigt Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft durch mehrere Schritte wie Luftvorbehandlung, Kompression, Kühlung, Verflüssigung und Destillation. Obwohl die Tieftemperatur-Luftzerlegung einen hohen Energieverbrauch und komplexe Anlagen erfordert, ist diese Technologie aufgrund ihrer hohen Trennleistung und der hohen Produktreinheit in zahlreichen Branchen unverzichtbar.

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