Vor--Kryogene Luftzerlegungsanlage vor Ort

In der industriellen Gasversorgungskette hängt die zuverlässige Beschaffung von gasförmigem Sauerstoff, Stickstoff und Argon seit langem von der externen Beschaffung oder großen, zentralisierten Luftzerlegungsanlagen ab. Für Betriebe mit schwankenden Verbrauchsmustern, hohen Transportkosten oder strengen Reinheitsanforderungen für bestimmte Prozesse wird eine unabhängig betriebene kryogene Luftzerlegungsanlage vor Ort zunehmend als besser kontrollierbare und wirtschaftlich rentablere Alternative anerkannt. Im Wesentlichen handelt es sich um eine miniaturisierte, modulare Luftzerlegungsfabrik, die direkt am Einsatzort gebaut wird und die Bestandteile der atmosphärischen Luft physisch trennt, um eine bedarfsgerechte Produktion und sofortige Lieferung zu ermöglichen.

Grundlegendes Funktionsprinzip

Diese Ausrüstung basiert auf der kryogenen Rektifikationstechnologie, die die Unterschiede in den Siedepunkten von Sauerstoff, Stickstoff und Argon (ungefähr –183 Grad, –196 Grad bzw. –186 Grad) ausnutzt. Der Gesamtprozess kann in vier aufeinanderfolgenden Phasen zusammengefasst werden: Kompression, Vorkühlung, Reinigung, Expansionskühlung und Rektifikation.

1. Luftkomprimierung und Vorkühlung: Die Umgebungsluft wird einer mehrstufigen Komprimierung unterzogen und anschließend durch eine Vorkühleinheit geleitet, um ihre Temperatur auf 5–12 Grad zu senken und dabei den größten Teil des freien Wassergehalts zu kondensieren.
2. Reinigungssystem: Die vorgekühlte Luft gelangt in einen Molekularsieb-Adsorber, der restliches Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe und Spuren von Feuchtigkeit entfernt und so sicherstellt, dass die in die Kühlbox eintretende Luft trocken und sauber ist (CO₂ kleiner oder gleich 1 ppm).
3. Kälteerzeugung und -gleichrichtung: Die gereinigte Luft strömt in den Hauptwärmetauscher, wo sie durch die Rückführung kryogener Gasströme auf eine Temperatur nahe der Verflüssigung abgekühlt wird. Anschließend gelangt es in die Rektifikationskolonne-typischerweise eine Doppelsäule--, in der Stoff- und Wärmeübertragung zwischen aufsteigendem Dampf und absteigender Flüssigkeit stattfindet. Am Kopf wird hochreiner Stickstoff gewonnen, während am Boden flüssiger oder gasförmiger Sauerstoff entnommen wird und im Mittelteil die Argonfraktion entnommen und in einer Rohargonsäule weiter verfeinert wird.
4. Produktlieferung: Abhängig von der Systemkonfiguration können die Endprodukte Sauerstoff in Industriequalität (99,6 % Reinheit), hoch{2}reinen Stickstoff (99,999 %) und Argon (99,999 %) umfassen, die alle entweder in gasförmiger Form oder als kryogene Flüssigkeiten an das interne Pipelinenetz des Benutzers geliefert werden.

Während dieses Prozesses ist der Kälteausgleich von entscheidender Bedeutung.{0}}Die von der Expansionsturbine erzeugte Kälteleistung muss die Kälteverluste des Systems genau ausgleichen, um stabile Rektifikationsbedingungen aufrechtzuerhalten. Verglichen mit Druckwechseladsorptions- oder Membrantrennungstechnologien bietet die kryogene Luftzerlegungsanlage vor Ort eine deutlich höhere Trenneffizienz und eignet sich besonders für mittlere bis -große - Gasanforderungen (typischerweise 100 bis 3.000 Nm³/h), bei denen eine konstante Produktreinheit unerlässlich ist.

Wichtige Leistungsparameter (typischer Referenzbereich)

Hinweis: Die oben genannten Daten basieren auf Standardreferenzbedingungen (Umgebungstemperatur 30 Grad, relative Luftfeuchtigkeit 80 %, auf Meereshöhe). Die tatsächliche Leistung variiert je nach Höhe und örtlichen meteorologischen Bedingungen. Endwerte sollten durch Prozessberechnungen bestätigt werden.

Technische Eigenschaften und Energieeffizienz

Verglichen mit der Lieferung von Flüssigsauerstoff per LKW oder über Leitungen geliefertem Versorgungsgas bietet die kryogene Luftzerlegungsanlage vor Ort-den grundlegenden Vorteil, dass sie die Produktion mit dem Verbrauch synchronisiert-dadurch werden Transportverluste, Verdunstungsverluste im Lagertank und die Gefährdung durch Marktpreisschwankungen vermieden. Im Hinblick auf die Energieleistung begrenzt der Einsatz hoch{3}effizienter Turbo--Expander und Aluminiumplatten--Lamellenwärmetauscher die Kalt-Verluste auf unter 8 %. Das integrierte automatische variable Lastregulierungssystem passt die Luftzufuhrrate und die Produktabsaugverhältnisse entsprechend dem nachgeschalteten Bedarf an und sorgt so für die Aufrechterhaltung der Rektifikationseffizienz über einen Lastbereich von 50 % bis 110 % ohne Verschlechterung.

Darüber hinaus wird das Molekularsieb-Reinigungssystem mithilfe von überschüssigem Stickstoff regeneriert, der durch eine spezielle Heizung erhitzt wird, sodass kein externer Dampf oder zusätzliche elektrische Heizelemente erforderlich sind, wodurch der Gesamtverbrauch der Energieversorgung weiter gesenkt wird. Für Standorte, die gleichzeitigen Zugang zu Sauerstoff, Stickstoff und Argon benötigen-z. B. beim Glühen von Edelstahl, beim elektronischen Löten oder bei Anwendungen zur chemischen Bedeckung-ermöglicht das System die Ausgabe mehrerer-Produkte aus einer einzigen Anlage und vermeidet so doppelte Investitionsausgaben.

Industrielle Anwendungsfelder

• Metallverarbeitung und Wärmebehandlung: Sauerstoff zur Verbrennung-unterstütztes Schneiden und sauerstoffangereicherte Verbrennung; Stickstoff zum Glühschutz und zur Ofenspülung.
• Chemische und petrochemische Industrie: Stickstoff dient als Spülgas und Reaktordecke; Sauerstoff wird für Oxidationsprozesse oder Abgasbehandlung verwendet.
• Elektronik- und Halbleiterfertigung: Hoch-reiner Stickstoff fungiert als Trägergas und Reinigungsgas; Argon wird in physikalischen Gasphasenabscheidungsprozessen zur Waferherstellung verwendet.
• Lebensmittel- und Pharmasektor: Stickstoff, der bei Verpackungen und der Frischhaltekonservierung in modifizierter -Atmosphäre eingesetzt wird; flüssiger Stickstoff, der zum kryogenen Mahlen oder zum Gefrier-Trocknen und Vor-Kühlen verwendet wird.
• Glas und Baumaterialien: Sauerstoff, der bei der Oxy{0}}brennstoffverbrennung von Glasöfen zur Reduzierung der NOx-Emissionen eingesetzt wird.

Konfigurationsumfang und technischer Support

Jeder Installationsort unterscheidet sich hinsichtlich Stromkosten, Kühlwassertemperatur, Höhe und erforderlichem Gaslieferdruck. Ein standortspezifisches Prozessdesign ist daher gängige Praxis: Von der Analyse der Zuluftzusammensetzung unter Einbeziehung ganzjähriger meteorologischer Daten bis hin zum Cold-Box-Layout, der Rohrführung und der Anbindung an das Steuerungssystem-werden alle Abmessungen entsprechend den tatsächlichen Bedingungen festgelegt. Zum Standard-Ausstattungsumfang gehören typischerweise:

• Verteiltes Steuerungssystem (DCS) mit Fernüberwachungsschnittstelle
• Sequentielle Start-/Stopplogik für eine-Tastenbedienung
• Fehlerselbstdiagnose-Alarmsystem (das Lagertemperatur-, Vibrations-, Flüssigkeitsstand- und Reinheitsabweichungen abdeckt)
• Ersatzteilpaket (Molekularsieb, Filterpatronen, Instrumentenventilmembranen usw.), das zusammen mit dem Hauptgerät geliefert wird

Der technische Support umfasst -Anleitung zur Inbetriebnahme vor Ort und Bedienerschulung über einen Zeitraum von zwei{1}}Wochen nach der mechanischen Fertigstellung. Für Kapazitätserweiterungen ist das System modular aufgebaut. -Die Kühlbox, das Vorkühl--Skid und die Reinigungsbehälter können alle im Werk hergestellt werden,-und erfordern nur den Anschluss von Rohrleitungen und Elektrokabeln vor Ort-, wodurch sich die Dauer der Bauarbeiten erheblich verkürzt.

Die von Shenger Gas angebotene kryogene Luftzerlegungsanlage vor Ort stellt eine vollständig entwickelte Lösung dar, die Prozesssimulation, Energiemodellierung, Installationsüberwachung und langfristige Betriebswartung umfasst. Mit über einem Jahrzehnt tiefkryogener Projekterfahrung hat das Ingenieursteam bewährte Fachkenntnisse in der Konfiguration auf Skids, der automatischen Lastfolgesteuerung und der Konstruktion mit geringem Energieverbrauch gesammelt. Für Anwendungen mit einem Gasbedarf über 200 Nm³/h und mit strengen Reinheits- und Druckvorgaben kann eine Machbarkeitsstudie einschließlich einer geschätzten Amortisationszeit erstellt werden, um sicherzustellen, dass jeder Kubikmeter Gas mit voller wirtschaftlicher Transparenz erfasst und genutzt wird.

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