Luftzerlegungsanlage

Luftzerlegung: Hierbei handelt sich um den Prozess der Trennung der atmosphärischen Luft in ihre Hauptbestandteile wie Sauerstoff, Stickstoff und andere Edelgase wie Argon, Xenon usw.
Die Hauptmethoden der Luftzerlegung:

• Oberflächenadsorption durch Trockenmittel in geschlossenen Behältern unter Druck (PSA: Pressure Swing Adsorption)
• Oberflächendiffusionsverfahren durch vorgefertigte Membranen in geschlossenen Behältern unter Druck (Membrane)
• Kryogenes Verfahren

Kryogene Theorie:
Dies ist ein Zweig der Physik, der sich mit Produktionsanlagen bei sehr tiefen Temperaturen befasst. Unter diesen Bedingungen müssen alle Einrichtungen in der Lage sein, unter diesen Temperaturen zu arbeiten.
Eine der häufigsten Anwendungen ist die Herstellung von Industriegasen wie Sauerstoff, Stickstoff, Argon usw. durch Abtrennung aus der Luft unter Ausnutzung des unterschiedlichen Siedepunktes dieser Gase, was heute in großem Maßstab geschieht.
Die Luft ist ein Gemisch aus verschiedenen Gasen wie N2 (78%), O2 (20,9%), Ar (0,9%) und div. Gasen (He, Kr, CH4, CO2 insges.. ca. 0,04%) von denen jedes eine andere Kondensationstemperatur hat. Dieser Unterschied von mehreren Grad macht es möglich, jedes dieser Gase mit sehr hoher Reinheit zu trennen und in flüssiger Form abzuscheiden.
Die so gewonnene Flüssigkeit ist sehr kalt und erfordert besondere Maßnahmen und Einrichtungen für den Transport. In Transferleitungen und Anlagen sind durch Umwandlungseffekte wie z.B. Phasenwechsel, für Instrumente und Regelungskomponenten erfordern fortschrittlichste Technologien in Bezug auf Standards, Sicherheit, strukturelle und funktionelle Komplexität.
Kryogenes Verfahren:
Diese Methode wurde vom deutschen Wissenschaftler, Dr. Carl von Linde, entwickelt. Die hohe Anfangsinvestition und der hohe Energieeinsatz, wird aber durch die hohe Kapazität und die erzielbare Produktreinheit kompensiert. Dieses Verfahren kommt heute bei vielen Projekten zum Einsatz. Die in diesem Verfahren erreichbare Reinheit beträgt bis zu 99,999 %.
Bei diesem Prozess wird die Luft in mehreren Zyklen komprimiert, gekühlt und wieder entspannt, bis die Verflüssigung eintritt. Dann gelangt die verflüssigte Luft in die Destillationskolonne. Dieses Verfahren erfordert einige spezielle Einrichtungen. Zum besseren Verständnis der allgemeinen Komponenten dieses Prozesses sehen Sie sich das nachstehende Diagramm an.
Dieses Verfahren wird in einer kryogenen Anlage (Air Separation Unit ASU) in folgenden Schritten durchgeführt:
1. Luftverdichtung:
• Die Umgebungsluft wird angesaugt und mittels mehrstufigem Turboverdichter mit Zwischenkühlern auf einen Arbeitsdruck zwischen 6 -10 bar verdichtet.
• Hier werden auch Staubpartikel über mechanische Filter vor dem Verdichter aus der Luft entfernt.
2. Luftaufbereitung:
• Diese umfasst eine weitere Reinigungsstufe, in der ein direkte Wasserkühlung erfolgt und dabei die in Wasser löslichen Verunreinigungen aus der Luft aufgenommen werden.
• Im Weiteren wird die Luft über eine weitere Kühleinheit zu den sog. Molsiebadsorbern geleitet in denen Kohlendioxid, Wasserdampf und Kohlenwasserstoffe aus der Luft entfernt werden. Diese Molekularsiebadsorber sind üblicherweise 2-fach vorhanden, da diese in bestimmten Intervallen einen Regenerierungsprozeß durchlaufen müssen.
• Zur Kühlung wird in dieser Phase unreiner Stickstoff, der aus dem oberen Teil der Rektifikationskolonne abgezogen wird, genutzt.
3. Kälteproduktion und interne Verdichtung:
• Die Abkühlung der Luft bis nahe an Kondensationstemperatur in den Wärmetauschern erfolgt im Gegenstrom mit Gasströmen aus dem Rektifikationsprozeß.
• Die weitere Verdichtung eines Seitenstroms der Prozeßluft in einem Booster-Verdichter und die anschließende Entspannung in einer Expansionsturbine führt zur erforderlichen Kälteproduktion. (Joule-Thompson-Effekt)
• Der nun verflüssigte Seitenstrom wird in den unteren Teilen der HD-Säule geleitet die als Flüssigkeitsabscheider wirkt.
• Sauerstoff und Stickstoff werden nun über den HD-Wärmetauscher verdampft und auf Umgebungstemperatur angewärmt.
4. Kryogene Rektifikation der Luft:
• Der Vor-Trennung der gekühlten und verflüssigten Luft erfolgt in der Drucksäule in angereicherten Sauerstoff im Sumpf und reinen gasförmigen Stickstoff am oberen Ende der Destillationskolonne.
• Die Verflüssigung des Stickstoffs erfolgt im Kondensator gegen den siedenden Sauerstoff im Sumpf der ND-Säule. Der verflüssigte Stickstoff liefert den Rückfluss für die Drucksäule und nach der Unterkühlung auch für die Niederdrucksäule.
• Die weitere Trennung des angereicherten Sauerstoffs in der Niederdrucksäule in Rein-Sauerstoff der sich im Sumpf der Niederdrucksäule sammelt und unreinem Stickstoff, der im oberen Teil der Säule abgezogen wird.
5. Kryogene Rektifikation von Argon:
• Angereichertes Argon aus der Niederdrucksäule wird in der Rohargonsäule zu sauerstofffreies Rohargon destilliert.
• Der flüssige Sauerstoff aus dem Sumpf der Rohargonsäule wird in die ND-Säule zurückgepumpt. Die Abtrennung des verbliebenen Stickstoffs erfolgt in der Reinargonsäule.
Kryogene Anlagen in HATCO:
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