На сегодняшний день существуют три основных технологии, которые применяются в промышленности для генерации газов из воздуха: мембранная, адсорбционная и криогенная. Каждая из них имеет свою специфику и может оказаться наиболее выгодной при определенных условиях. Разберемся, в каком случае имеет смысл использовать каждую из них.
Мембранные установки
В данном случае разделение воздуха происходит в процессе его прохождения через пористое волокно за счет различной скорости проникновения отдельных веществ. Для создания тока воздуха применяется перепад парциальных давлений с разных сторон мембраны.
Как правило, установки, работающие по мембранному принципу, используются в промышленности для производства азота, концентрацией от 95% до 99.6%
К преимуществам технологии можно отнести
- Мобильность. Благодаря своей компактности такая установка, помещенная в блок-контейнер, может быть помещена на шасси и перемещаться с объекта на объект.
- Простота регулировки производительность/чистота газа при помощи одного регулятора расхода на выходе.
- Нечувствительность метода к наличию в сжатом воздухе парообразной влаги.
Недостатки мембранных установок
- Ограничения по чистоте получаемого азота.
- Чувствительность мембраны к наличию паров компрессорного масла и температуре подаваемого воздуха (необходимо использовать дополнительное оборудование для подготовки воздуха).
- Ограниченный срок работы мембран (максимум 5 лет при хорошей подготовке воздуха) и их высокая стоимость, составляющая большую часть цены всей мембранной установки.
Адсорбционные установки
Данный способ разделения базируется на принципе поглощения определенного газа специальным веществом - адсорбентом. Воздушная смесь подается в адсорбер под давлением, в результате чего одни компоненты смеси поглощаются адсорбентом, в то время как другие свободно проходят через аппарат. На следующем этапе газоразделения происходит очистка (продувка) адсорбента от поглощенного газа за счет сброса давления или повышения температуры.
Такие установки отлично подходят для получения водорода, азота, кислорода, метана, этилена и других компонентов высокой концентрации (от 95% до 99,9999%, для кислорода этот показатель – до 95%).
Преимущества технологии
- Адсорбент стоит дешевле, чем мембраны, а также служит дольше, до 10-15 лет.
- Технология малочувствительна к температуре сжатого воздуха как с точки зрения эффективности работы, так и с точки зрения износа.
- Высокая степень автоматизации процесса, безопасности и надежности оборудования.
- Более высокая степень очистки азота по сравнению с мембранным способом.
Недостатки адсорбционной технологии
- Не позволяет получать сжиженный газ, а также технический кислород чистотой выше 95%.
- Наличие в сжатом воздухе парообразной влаги вызывает снижение эффективности работы адсорбента, в связи с чем обязательно требуется установка осушителя сжатого воздуха.
- Для изменения расчетной производительности и чистоты газа необходимы дополнительные программные настройки.
Криогенные установки
Принцип работы криогенных установок основан на сжижении воздуха и последующем его разделении на азот, кислород и аргон. Сначала воздух сжимается компрессором, затем, после прохождения теплообменников, расширяется в детандере с понижением температуры до -180 °C и превращается в жидкость. Дальнейшее разделение происходит благодаря разной температуре кипения компонентов: при постепенном испарении жидкого воздуха сначала выпаривается преимущественно азот, а остающаяся жидкость все более обогащается кислородом. Таким образом на выходе из установки получается азот или кислород в жидком или газообразном состоянии.
Преимущества криогенной технологии
- Высокая степень чистоты получаемого газа, в том числе и кислорода.
- Высокая производительность оборудования.
- Возможность получения как газообразных, так и сжиженных продуктов разделения воздуха.
Недостатки криогенных установок
- Требуют значительного времени для выхода на режим.
- Высокая изначальная стоимость оборудования.
- Включают в себя множество компонентов: систему очистки, тепло- и массообменное оборудование, детандер, систему автоматики, что влечет за собой сложность обслуживания и повышает вероятность отказов.