HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO., LTD.

Die Tieftemperatur-Luftzerlegungstechnologie ist ein Verfahren, bei dem die Hauptbestandteile (Stickstoff, Sauerstoff und Argon) der Luft bei niedrigen Temperaturen getrennt werden. Sie wird häufig in Branchen wie der Stahl-, Chemie-, Pharma- und Elektronikindustrie eingesetzt. Mit der steigenden Nachfrage nach Gasen findet auch die Tieftemperatur-Luftzerlegungstechnologie immer mehr Verbreitung. Dieser Artikel erläutert ausführlich den Produktionsprozess der Tieftemperatur-Luftzerlegung, einschließlich Funktionsprinzip, Hauptausrüstung, Betriebsschritte und Anwendung in verschiedenen Branchen.

Überblick über die kryogene Luftzerlegungstechnologie

Das Grundprinzip der kryogenen Luftzerlegung besteht darin, die Luft auf extrem niedrige Temperaturen (in der Regel unter -150 °C) abzukühlen, sodass die Bestandteile der Luft entsprechend ihrer unterschiedlichen Siedepunkte getrennt werden können. Die kryogene Luftzerlegungsanlage verwendet üblicherweise Luft als Ausgangsmaterial und durchläuft Prozesse wie Kompression, Kühlung und Expansion, um schließlich Stickstoff, Sauerstoff und Argon aus der Luft zu trennen. Diese Technologie ermöglicht die Erzeugung hochreiner Gase und erfüllt durch die präzise Regelung der Prozessparameter die strengen Anforderungen an die Gasqualität in verschiedenen Industriebereichen.

Die kryogene Luftzerlegungsanlage besteht aus drei Hauptteilen: Luftkompressor, Luftvorkühler und Coldbox. Der Luftkompressor komprimiert die Luft auf einen hohen Druck (normalerweise 5–6 MPa), der Vorkühler senkt die Temperatur der Luft durch Kühlung und die Coldbox ist das Herzstück des gesamten kryogenen Luftzerlegungsprozesses, einschließlich des Fraktionierungsturms, der zur Gastrennung dient.

Luftkompression und -kühlung

Die Luftkompression ist der erste Schritt bei der kryogenen Luftzerlegung. Ziel ist es, die Luft bei atmosphärischem Druck auf einen höheren Druck (normalerweise 5–6 MPa) zu komprimieren. Nachdem die Luft durch den Kompressor in das System gelangt ist, steigt ihre Temperatur aufgrund des Kompressionsprozesses deutlich an. Daher sind mehrere Kühlschritte erforderlich, um die Temperatur der Druckluft zu senken. Gängige Kühlmethoden sind Wasserkühlung und Luftkühlung. Eine gute Kühlwirkung kann sicherstellen, dass die Druckluft die Geräte bei der nachfolgenden Verarbeitung nicht unnötig belastet.

Nach der Vorkühlung der Luft erfolgt die nächste Vorkühlungsstufe. In der Vorkühlungsstufe wird üblicherweise Stickstoff oder flüssiger Stickstoff als Kühlmedium verwendet. Durch Wärmetauscher wird die Temperatur der Druckluft weiter gesenkt und für den anschließenden kryogenen Prozess vorbereitet. Durch die Vorkühlung kann die Temperatur der Luft bis nahe an die Verflüssigungstemperatur gesenkt werden, wodurch die notwendigen Voraussetzungen für die Trennung der Luftkomponenten geschaffen werden.

Niedertemperaturexpansion und Gastrennung

Nachdem die Luft komprimiert und vorgekühlt wurde, ist der nächste wichtige Schritt die Tieftemperaturexpansion und Gastrennung. Die Tieftemperaturexpansion wird durch die schnelle Expansion der komprimierten Luft durch ein Expansionsventil auf Normaldruck erreicht. Während des Expansionsprozesses sinkt die Temperatur der Luft deutlich und erreicht die Verflüssigungstemperatur. Stickstoff und Sauerstoff in der Luft beginnen sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Siedepunkte bei unterschiedlichen Temperaturen zu verflüssigen.

In der kryogenen Luftzerlegungsanlage gelangt die verflüssigte Luft in die Coldbox, wo der Fraktionierturm das Herzstück der Gastrennung darstellt. Das Kernprinzip des Fraktionierturms besteht darin, die Siedepunktunterschiede verschiedener Luftbestandteile durch Auf- und Absteigen des Gases in der Coldbox zu nutzen, um eine Gastrennung zu erreichen. 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 im Turm kann eine effiziente Gastrennung erreicht werden.

Der Gastrennungsprozess im Fraktionierturm ist sehr präzise. Üblicherweise wird ein zweistufiges Fraktionierturmsystem zur Gewinnung von Stickstoff, Sauerstoff und Argon verwendet. Zunächst wird Stickstoff im oberen Teil des Fraktionierturms abgetrennt, während flüssiger Sauerstoff und Argon im unteren Teil konzentriert werden. Zur Verbesserung der Trennleistung können im Turm ein Kühler und ein Nachverdampfer integriert werden, die den Gastrennungsprozess noch präziser steuern.

Der extrahierte Stickstoff weist in der Regel eine hohe Reinheit (über 99,99 %) auf und wird häufig in der Metallurgie, der chemischen Industrie und der Elektronik eingesetzt. Sauerstoff wird in der Medizin, der Stahlindustrie und anderen energieintensiven Industrien eingesetzt, die Sauerstoff benötigen. Argon, ein Edelgas, wird üblicherweise durch ein Gastrennungsverfahren mit hoher Reinheit gewonnen und findet unter anderem beim Schweißen, Schmelzen und Laserschneiden breite Anwendung. Das automatisierte Steuerungssystem kann verschiedene Prozessparameter bedarfsgerecht anpassen, die Produktionseffizienz optimieren und den Energieverbrauch senken.

Darüber hinaus umfasst die Optimierung der Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage auch Energiespar- und Emissionskontrolltechnologien. Durch die Rückgewinnung der Niedertemperaturenergie im System kann beispielsweise Energieverschwendung reduziert und die Gesamtenergieeffizienz verbessert werden. Angesichts der zunehmend strengeren Umweltvorschriften wird bei modernen Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen zudem verstärkt auf die Reduzierung schädlicher Gasemissionen und die Verbesserung der Umweltfreundlichkeit des Produktionsprozesses geachtet.

Anwendungen der tiefen kryogenen Luftzerlegung

Die Tiefkryogene Luftzerlegungstechnologie findet nicht nur wichtige Anwendung in der Produktion von Industriegasen, sondern spielt auch in vielen anderen Bereichen eine bedeutende Rolle. In der Stahl-, Düngemittel- und Petrochemieindustrie wird die Tiefkryogene Luftzerlegungstechnologie eingesetzt, um hochreine Gase wie Sauerstoff und Stickstoff bereitzustellen und so effiziente Produktionsprozesse zu gewährleisten. In der Elektronikindustrie wird der durch Tiefkryogene Luftzerlegung gewonnene Stickstoff zur Atmosphärenkontrolle in der Halbleiterfertigung eingesetzt. In der Medizinbranche ist hochreiner Sauerstoff für die Atemunterstützung von Patienten von entscheidender Bedeutung.

Darüber hinaus spielt die Tieftemperatur-Luftzerlegungstechnologie auch bei der Lagerung und dem Transport von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff eine wichtige Rolle. In Situationen, in denen Hochdruckgase nicht transportiert werden können, können flüssiger Sauerstoff und flüssiger Stickstoff das Volumen effektiv reduzieren und die Transportkosten senken.

Abschluss

Die Tiefkryogene Luftzerlegungstechnologie mit ihren effizienten und präzisen Gastrennungsfunktionen wird in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt. Mit fortschreitender Technologie wird der Tiefkryogene Luftzerlegungsprozess intelligenter und energieeffizienter, während gleichzeitig die Reinheit der Gastrennung und die Produktionseffizienz verbessert werden. Innovationen in der Tiefkryogenen Luftzerlegungstechnologie im Hinblick auf Umweltschutz und Ressourcenrückgewinnung werden zukünftig auch eine wichtige Richtung für die industrielle Entwicklung darstellen.

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