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 wird in verschiedenen Branchen wie der Metallurgie, der chemischen Verfahrenstechnik und der Medizin eingesetzt. Dieser Artikel untersucht ausführlich, wie die kryogene Luftzerlegung hochreinen Stickstoff und Sauerstoff erzeugt und welche wichtigen Schritte und Geräte dafür erforderlich sind.

1. Grundprinzip der kryogenen Luftzerlegung

Bei der kryogenen Luftzerlegung werden die Hauptbestandteile der Luft durch Absenken der Temperatur getrennt. Luft besteht hauptsächlich aus Stickstoff, Sauerstoff und einer geringen Menge Argon. Durch Komprimieren und Abkühlen auf eine extrem niedrige Temperatur wird die Luft verflüssigt. Anschließend werden die unterschiedlichen Siedepunkte der einzelnen Gase zur Destillation genutzt, um Stickstoff und Sauerstoff zu trennen. Der Siedepunkt von Stickstoff liegt bei -195,8 °C, der von Sauerstoff bei -183 °C. Daher können beide Gase 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 die Anlage verstopfen. Daher wird die Luft zunächst gefiltert, komprimiert und getrocknet, um Verunreinigungen und Feuchtigkeit zu entfernen. Typischerweise sind Trockner und Molekularsiebadsorber wichtige Geräte, um Verunreinigungen aus der Luft zu entfernen und so die Stabilität und Effizienz des nachfolgenden kryogenen Trennprozesses zu gewährleisten.

3. Luftkompression und -kühlung

Die gereinigte Luft muss komprimiert werden, üblicherweise durch mehrere Kompressoren, um den Druck der Luft auf 5–6 Megapascal zu erhöhen. Anschließend wird die komprimierte Luft durch Wärmetauscher mit dem zurückgeführten Gas bei niedriger Temperatur gekühlt, wodurch die Temperatur schrittweise bis zum Verflüssigungspunkt gesenkt wird. Wärmetauscher spielen dabei eine entscheidende Rolle, da sie den Energieverbrauch effektiv senken und die Kühleffizienz verbessern können. So wird sichergestellt, dass die Luft bei niedrigen Temperaturen verflüssigt werden kann, was die Voraussetzungen für die anschließende Destillationstrennung schafft.

4. Luftverflüssigung und Destillation

Im Tieftemperatur-Trennturm wird die komprimierte und gekühlte Luft weiter abgekühlt, bis sie verflüssigt ist. Die verflüssigte Luft wird zur Trennung in den Destillationsturm geleitet. Der Destillationsturm ist in zwei Teile unterteilt: den Hochdruckturm und den Niederdruckturm. Im Hochdruckturm wird die Luft in Rohsauerstoff und Rohstickstoff getrennt. Anschließend werden Rohsauerstoff und Rohstickstoff im Niederdruckturm weiter destilliert, um hochreinen Sauerstoff und Stickstoff zu erhalten. Die Trennung von Stickstoff und Sauerstoff nutzt hauptsächlich ihre unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften hinsichtlich der Siedepunkte, sodass im Destillationsturm eine effiziente Trennung erreicht werden kann.

5. Reinigungsprozess

Der im Destillationsturm abgetrennte Sauerstoff und Stickstoff enthalten noch geringe Mengen an Verunreinigungen und müssen daher weiter gereinigt werden, um industriellen und medizinischen Standards zu entsprechen. Die Reinheit von Stickstoff kann durch Wasserstoff-Desoxygenierungskatalysatoren verbessert werden, während die Reinheit von Sauerstoff durch Redestillationsprozesse erreicht werden kann. Um die Reinheit des Produktgases zu verbessern, werden üblicherweise Geräte wie Stickstoff- und Sauerstoffreiniger eingesetzt, um letztendlich hochreine Sauerstoff- und Stickstoffprodukte zu erhalten.

6. Anwendungen von Stickstoff und Sauerstoff

Hochreiner Stickstoff und Sauerstoff, die durch kryogene Luftzerlegung erzeugt werden, finden in zahlreichen Branchen breite Anwendung. Hochreiner Stickstoff wird in der chemischen Industrie als Schutz- und Trägergas, in der Lebensmittelindustrie zur Konservierung und Verpackung eingesetzt, und Sauerstoff wird häufig in der Medizin- und Schweißindustrie verwendet. In der Metallindustrie wird Sauerstoff außerdem zur Verbesserung der Verbrennungseffizienz und zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes eingesetzt. In diesen Anwendungen ist die Reinheit des Gases entscheidend für seine Anwendbarkeit, und die kryogene Luftzerlegungstechnologie hat aufgrund ihrer effizienten Trennung und ihres hochreinen Ergebnisses breite Anerkennung gefunden.

7. Vorteile und Herausforderungen der kryogenen Luftzerlegungstechnologie

Die kryogene Luftzerlegungstechnologie wird in der Industrie aufgrund ihrer hohen Reinheit und Effizienz bevorzugt eingesetzt. Diese Technologie ist jedoch auch mit Herausforderungen wie hohem Energieverbrauch und hohen Wartungskosten verbunden. Um den Energieverbrauch zu senken, sind moderne kryogene Luftzerlegungsanlagen in der Regel mit fortschrittlichen Energiesparsystemen wie Wärmerückgewinnungsgeräten und mehrstufigen Kompressionskühlsystemen ausgestattet. Darüber hinaus hat der Einsatz automatisierter Steuerungstechnik die Betriebseffizienz und Sicherheit von Tiefkryogen-Luftzerlegungsanlagen deutlich verbessert. Durch technologische Optimierung und Anlagenverbesserungen wurden die Energieeffizienz und Stabilität von Tiefkryogen-Luftzerlegungsanlagen kontinuierlich verbessert, was ihre Anwendung in verschiedenen Branchen weiter fördert.

Die kryogene Luftzerlegung ist derzeit eine der effektivsten Methoden zur Herstellung von hochreinem Stickstoff und Sauerstoff. Dabei werden Sauerstoff und Stickstoff in mehreren Schritten wie Luftvorbehandlung, Kompression, Kühlung, Verflüssigung und Destillation effektiv aus der Luft getrennt und gereinigt. Obwohl der Prozess der kryogenen Luftzerlegung einen hohen Energieverbrauch und eine komplexe Ausrüstung erfordert, ist diese Technologie aufgrund ihrer effizienten Trennwirkung und der hochreinen Produktausbeute in vielen Branchen unverzichtbar.

Anna Tel./Whatsapp/Wechat:+86-18758589723

Email :anna.chou@hznuzhuo.com