HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD.

Die Tieftemperatur-Luftzerlegung ist ein Verfahren zur Trennung der Hauptbestandteile (Stickstoff, Sauerstoff und Argon) der Luft durch tiefe Temperaturen. Sie findet breite Anwendung in Branchen wie der Stahl-, Chemie-, Pharma- und Elektronikindustrie. Mit dem steigenden Bedarf an Gasen gewinnt die Tieftemperatur-Luftzerlegung zunehmend an Bedeutung. Dieser Artikel beschreibt detailliert den Produktionsprozess der Tieftemperatur-Luftzerlegung, einschließlich Funktionsprinzip, Hauptausrüstung, Betriebsschritte und Anwendungsbereiche in verschiedenen Branchen.

Überblick über die kryogene Luftzerlegungstechnologie

Das Grundprinzip der kryogenen Luftzerlegung besteht darin, Luft auf extrem niedrige Temperaturen (üblicherweise unter -150 °C) abzukühlen, um die Luftbestandteile anhand ihrer unterschiedlichen Siedepunkte zu trennen. Üblicherweise nutzt die kryogene Luftzerlegungsanlage Luft als Rohmaterial und durchläuft Prozesse wie Kompression, Kühlung und Expansion, um schließlich Stickstoff, Sauerstoff und Argon abzutrennen. Mit dieser Technologie lassen sich hochreine Gase erzeugen, und durch die präzise Steuerung der Prozessparameter können die strengen Anforderungen an die Gasqualität in verschiedenen Industriezweigen erfüllt werden.

Die kryogene Luftzerlegungsanlage gliedert sich in drei Hauptkomponenten: Luftkompressor, Luftvorkühler und Kältekammer. Der Luftkompressor verdichtet die Luft auf einen hohen Druck (üblicherweise 5–6 MPa), der Vorkühler senkt die Lufttemperatur durch Kühlung, und die Kältekammer bildet das Herzstück des gesamten kryogenen Luftzerlegungsprozesses. Sie beinhaltet den Fraktionierturm, der zur Gastrennung dient.

Luftkompression und Kühlung

Die Luftkompression ist der erste Schritt der kryogenen Luftzerlegung. Dabei wird die Luft von Atmosphärendruck auf einen höheren Druck (üblicherweise 5–6 MPa) komprimiert. Nachdem die Luft durch den Kompressor in das System gelangt ist, steigt ihre Temperatur aufgrund der Kompression deutlich an. Daher sind mehrere Kühlschritte erforderlich, um die Temperatur der Druckluft zu senken. Gängige Kühlmethoden sind Wasser- und Luftkühlung. Eine gute Kühlung gewährleistet, dass die Druckluft die Anlagen bei der Weiterverarbeitung nicht unnötig belastet.

Nach der Vorkühlung durchläuft die Luft die nächste Stufe der Vorkühlung. Hierbei wird üblicherweise Stickstoff oder flüssiger Stickstoff als Kühlmedium verwendet. Mithilfe von Wärmetauschern wird die Temperatur der Druckluft weiter gesenkt, um sie für den nachfolgenden Tieftemperaturprozess vorzubereiten. Durch die Vorkühlung kann die Lufttemperatur bis nahe an die Verflüssigungstemperatur reduziert werden, wodurch die notwendigen Bedingungen für die Trennung der Luftbestandteile geschaffen werden.

Niedertemperaturexpansion und Gastrennung

Nach der Komprimierung und Vorkühlung der Luft folgt als nächster entscheidender Schritt die Tieftemperaturexpansion mit anschließender Gastrennung. Die Tieftemperaturexpansion wird durch die rasche Expansion der komprimierten Luft mittels eines Expansionsventils auf Normaldruck erreicht. Dabei sinkt die Lufttemperatur deutlich und erreicht die Verflüssigungstemperatur. Stickstoff und Sauerstoff in der Luft verflüssigen sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Siedepunkte bei verschiedenen Temperaturen.

In der kryogenen Luftzerlegungsanlage gelangt die verflüssigte Luft in den Kälteraum, dessen Kernstück die Fraktionierkolonne für die Gastrennung bildet. Das Prinzip der Fraktionierkolonne beruht darauf, die unterschiedlichen Siedepunkte der verschiedenen Luftbestandteile zu nutzen, indem das Gas im Kälteraum auf- und absteigt. Der Siedepunkt von Stickstoff liegt bei -195,8 °C, der von Sauerstoff bei -183 °C und der von Argon bei -185,7 °C. Durch die Anpassung von Temperatur und Druck in der Kolonne lässt sich eine effiziente Gastrennung erzielen.

Die Gastrennung im Fraktionierturm erfolgt sehr präzise. Üblicherweise wird ein zweistufiges Fraktionierturmsystem zur Gewinnung von Stickstoff, Sauerstoff und Argon eingesetzt. Zunächst wird Stickstoff im oberen Teil des Fraktionierturms abgetrennt, während flüssiger Sauerstoff und Argon im unteren Teil konzentriert werden. Zur Verbesserung der Trenneffizienz können ein Kühler und ein Wiederverdampfer in den Turm integriert werden, wodurch der Gastrennprozess weiter präzise gesteuert werden kann.

Der gewonnene Stickstoff weist üblicherweise eine hohe Reinheit (über 99,99 %) auf und findet breite Anwendung in der Metallurgie, der chemischen Industrie und der Elektronik. Sauerstoff wird in der Medizin, der Stahlindustrie und anderen energieintensiven Branchen eingesetzt. Argon, ein Edelgas, wird üblicherweise durch Gastrennung gewonnen und ist ebenfalls hochrein. Es findet unter anderem Anwendung beim Schweißen, Schmelzen und Laserschneiden. Das automatisierte Steuerungssystem passt verschiedene Prozessparameter bedarfsgerecht an, optimiert die Produktionseffizienz und reduziert den Energieverbrauch.

Darüber hinaus umfasst die Optimierung von Tieftemperatur-Luftzerlegungssystemen auch Energiespar- und Emissionskontrolltechnologien. Beispielsweise lässt sich durch die Rückgewinnung der Niedertemperaturenergie im System der Energieverlust reduzieren und die Gesamtenergieausnutzung verbessern. Angesichts der immer strengeren Umweltauflagen legen moderne Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen zudem verstärkt Wert auf die Reduzierung schädlicher Gasemissionen und die Steigerung der Umweltfreundlichkeit des Produktionsprozesses.

Anwendungen der Tieftemperatur-Luftzerlegung

Die Tieftemperatur-Luftzerlegungstechnologie findet nicht nur in der Industriegasproduktion wichtige Anwendung, sondern spielt auch in zahlreichen anderen Bereichen eine bedeutende Rolle. In der Stahl-, Düngemittel- und Petrochemieindustrie liefert sie hochreine Gase wie Sauerstoff und Stickstoff und gewährleistet so effiziente Produktionsprozesse. In der Elektronikindustrie wird der mittels Tieftemperatur-Luftzerlegung gewonnene Stickstoff zur Atmosphärenregulierung in der Halbleiterfertigung eingesetzt. In der Medizin ist hochreiner Sauerstoff für die Atemunterstützung von Patienten unerlässlich.

Darüber hinaus spielt die Tieftemperatur-Luftzerlegungstechnologie auch eine wichtige Rolle bei der Lagerung und dem Transport von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff. Wo der Transport von Hochdruckgasen nicht möglich ist, können flüssiger Sauerstoff und flüssiger Stickstoff das Volumen effektiv reduzieren und die Transportkosten senken.

Abschluss

Die Tieftemperatur-Luftzerlegungstechnologie mit ihren effizienten und präzisen Gastrennungseigenschaften findet breite Anwendung in verschiedenen Industriezweigen. Mit dem technologischen Fortschritt wird die Tieftemperatur-Luftzerlegung intelligenter und energieeffizienter, während gleichzeitig die Reinheit des abgetrennten Gases und die Produktionseffizienz gesteigert werden. Zukünftig wird die Innovation der Tieftemperatur-Luftzerlegungstechnologie im Hinblick auf Umweltschutz und Ressourcenrückgewinnung ein zentraler Entwicklungsschwerpunkt der Branche sein.

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