Идея охладить воздух, а затем разделить его на компоненты изначально пришла немецкому ученому Карлу Линде. В начале 20 века он сконструировал и построил первую установку, которая методом изотермического сжатия и последующего расширения позволяла выделить из атмосферного воздуха жидкий и газообразный кислород и азот. Установка Линде работала по циклу высокого давления. В конце 30-х годов 20 века советский ученый Петр Капица создал подобную установку, но работающую по циклу низкого давления. Еще раз замечу: в обоих случаях использовался метод низкотемпературной ректификации.
Конечно, сто лет назад идея разделять воздух была из разряда научного интереса. Однако, в последствии в условиях резкого развития промышленности многие предприятия во всем мире осознали экономический эффект от воздухоразделения. Металлургия, нефтегазовая и химическая отрасли – всегда потребляли огромное количество технических газов, поэтому наличие собственной ВРУ оказалось явным преимуществом и экономически выгодным решением.
В современном мире существует несколько видов воздухоразделительных установок:
МЕМБРАННЫЕ ВРУ
Мембранный способ получил свое развитие в 50-х годах прошлого столетия. Наряду с американскими учеными, советский физик Юрий Дытнерский добился разделения воздуха за счет различной скорости проникновения элементов воздуха через особо тонкие полимерные мембраны. Процесс реализуется за счет перепада парциальных давлений по обе стороны мембраны. Как правило, мембранные ВРУ используются на предприятиях, где расходуется небольшой объем технических газов.
К преимуществам такого метода можно отнести:
- Мобильность – мембранная установка размещается в блок-контейнерах, что позволяет поставить ее на шасси и перевозить с объекта на объект.
- Простота регулировки чистоты газа на выходе.
Если говорить о недостатках, то они есть, и их обязательно нужно учитывать. Во-первых, не самая высокая чистота получаемого продукта: по азоту – не более 95-99,5%, по кислороду – до 45%. И, во-вторых, довольно быстрая деградация мембран, и, соответственно, снижение производительности (в первый год эксплуатации – до 10%).
АДСОРБЦИОННЫЕ ВРУ
Что касается адсорбционных установок, в них акцент делается на поглощающем веществе. Адсорбент способен поглощать тот или иной газ в прямо пропорциональной зависимости от давления и температуры. В установках такого типа один адсорбент селективно поглощает выбранный газ, а в другом адсорбере параллельно с этим осуществляется сброс давления и его одновременная регенерация.
Установки разделения воздуха методом короткоцикловой адсорбции без нагрева – надежное, простое и неприхотливое в обслуживание оборудование. Помимо этого, адсорбционные ВРУ обладают рядом преимуществ по сравнению с мембранным:
- Адсорбент стоит дешевле, чем мембраны, и служит гораздо дольше (до 5-7 лет).
- Быстрый запуск: промежуток времени от момента запуска установки в работу до выхода продукционного газа составляет 5-15 минут.
- Более высокая степень чистоты газов: азот – от 95% до 99,99%, кислород – до 95%.
Из недостатков самым ключевым является невозможность получения жидкого продукта. Тоесть адсорбционные ВРУ рассчитаны на получение только газообразного кислорода и азота.
КРИОГЕННЫЕ ВРУ
Криогенные установки завоевали рынок воздухоразделения по нескольким причинам. Во-первых, только в установках такого типа можно получить максимально чистый продукт на выходе. По азоту этот показатель достигает 99,9995%, а чистота кислорода может доходить от 99,6% до 99,9%. Ни мембранная, ни адсорбционная воздухоразделительная установка не даст такой результат. Высокая чистота газа важна для предприятий металлургической отрасли, НИИ, в пищевой промышленности, сельском хозяйстве и, конечно, в медицине. Поэтому огромное количество компаний уделяют этому параметру особое значение.
Во-вторых, это возможность получать не только газообразный продукт, но и жидкий. То есть криогенную ВРУ можно настроить на определенный режим – например, получение только жидкого кислорода, а можно задействовать все 4 режима: получение жидкого и газообразный азота, жидкого и газообразного кислорода. Функционал ВРУ подбирается с каждым заказчиком индивидуально, исходя из потребностей предприятия.
И третий, немаловажный факт – большие объемы получаемого продукта на выходе. Если предприятие потребляет газообразного азота концентрацией от 99,999% несколько тысяч кубических метров в час, то размещение криогенной ВРУ будет в разы эффективнее, чем размещение нескольких крупных адсорбционных азотных станций.
Однако исходя из производственных задач и учитывая экономическую составляющую, некоторые компании приобретают более дешевые типы ВРУ – это мембранные или адсорбционные.
Относительно криогенных установок разделения воздуха существует несколько стереотипов, которые мы зачастую слышим от наших заказчиков. Попробуем выступить в роли разрушителей мифов :)) и доказать, что современные ВРУ – безопасные и максимально-эффективные станции для получения газообразных и жидких продуктов.
Стереотип 1:
Станцию нужно регулярно ремонтировать. А раз в месяц ей требуется отогрев
- На самом деле это, конечно, не так. В современных криогенных ВРУ интервал между отогревами составляет от 12 до 24 месяцев беспрерывной работы.
Появление такого стереотипа связано с опытом работы на станциях старого типа, таких как АКДС, МКДС или АЖКЖ. Некоторые запчасти на таких установках действительно требовалось ремонтировать раз в несколько месяцев. Например, чтобы починить детандер требовалось полностью отогреть данный участок. То есть отогревалась и вся установка. Если выходил из строя компрессор, то на его ремонт уходило очень много времени.
При разработке современных ВРУ компании-производители учли на этапе проектирования воздухоразделительных установок неудачный опыт станций старого образца и разработали современное решение ВРУ, которая способна работать до 24 месяцев без остановок и ремонта.
*Безусловно, отогрев необходим для безопасной эксплуатации установки. Поскольку скопление остаточных углеводородов (метана, ацетилена и прочих газов) в конденсаторе колонн разделения может привести к аварийной ситуации. Отогревание станции происходит согласно инструкции по эксплуатации.*
Стереотип 2:
Криогенная ВРУ требует большого потребления электроэнергии
- Да, любая воздухоразделительная установка требует немалых энергозатрат. Однако, в современных ВРУ удалось добиться снижения энергопотребления до 30% по сравнению с советскими моделями МКДС или АжКж.
Дополнительно центром разработок была достигнута повышенная износостойкость деталей за счет современных систем, которые работают под более низким давлением (современные ВРУ имеют давление на выходе 8-10 атм., тогда как МКДС – 200 атм.). В современных ВРУ используется другой тип компрессоров: увеличился интервал между отогревами. Вся эта совокупность факторов и позволила повысить энергоэффективность новых криогенных установок.
Стереотип 3:
Цена на криогенную ВРУ очень высокая + дорогое обслуживание станции
- В данном случае опять нужно понять, с чем мы сравниваем и что хотим получить в итоге. Адсорбционные и мембранные комплексы дешевле, но они дают возможность получить только 1 вещество – азот или кислород в газообразном виде, при чем не сверхчистым.
При относительно высокой стоимости криогенные воздухоразделительные станции очень надежны в процессе эксплуатации. Их долгий ресурс работы обеспечивается минимальным количеством вращающихся и движущихся механизмов. А уж если речь идет о больших объемах потребления технических газов, то современной криогенной ВРУ не будет равных. Поэтому период окупаемости занимает всего несколько лет.
Что касается обслуживания, то здесь все предельно просто: изначально действует гарантия от производителя и поставщика оборудования. Далее все сервисное обслуживание происходит в специальных сервисных центрах, где можно приобрести оригинальное оборудование или качественные аналоги. Таких сервисных центров в России очень много, поэтому обслуживание станции и ремонт отдельно взятых комплектующих не станет большой проблемой.
Стереотип 4:
ВРУ небезопасны и для их обслуживания требуется много персонала.
- Это совсем не так. Для обслуживания современной криогенной установки требуется, как правило, 1 человек в смену, так как большинство процессов автоматизированы и не требуют человеческого вмешательства.
В установках старого типа использовалось механическое переключение, вручную в специальный журнал заносились все изменения, связанные с работой станции. На текущий день современные системы автоматизации передают записи в электронный журнал, а если происходит любое отклонение параметров, переводят установку в безопасный режим работы.
Несмотря на это, ВРУ является опасным производственным объектом. Поэтому и раньше уделялось большое внимание безопасности. Ну, а в настоящее время уровень безопасности еще больше повысился за счет внедрения современных датчиков и использования надежного оборудования.
Приобретение современной криогенной ВРУ будет оправдано в нескольких случаях:
- Первый – это когда у предприятия большое потребление технических газов, и вы хотите самостоятельно их производить. Часто научные институты, металлургические компании, предприятия из сферы металлообработки, пищевой промышленности, оборонного комплекса организуют свое производство кислорода или азота, чтобы не зависеть от сторонних поставщиков технических газов, от колебаний рынка. То есть криогенная ВРУ в собственности обеспечивает автономность. По факту для организации такого производства вам нужны только воздух и электроэнергия.
- Второй момент, когда стоит приобрести криогенную ВРУ, – если у вашего предприятия большой объем потребления технических газов и вы находитесь в труднодоступных регионах страны, куда нет возможности оперативно их доставить. В таком случае решить проблему с логистикой можно благодаря воздухоразделительной установке.
- Ну, и третий случай: когда вы решили организовать новый бизнес по раскачке технических газов.
- Как показали ковидные 2020-2021 годы, в нашей стране есть нехватка технических газов вообще и кислорода в частности, поэтому нужны дополнительные мощности. Но важно на стадии проработки проекта ВРУ учитывать, кто будет ваш покупатель, какой продукт вы будете производить и какой экономический результат хотите получить в итоге.
С помощью ВРУ можно производить и кислород, предназначенный для медицинских учреждений. Главное только на производимый продукт получить лицензию в Министерстве промышленности и торговли. То есть лицензия будет нужна не на воздухоразделительную установку, а на сам кислород.
В завершении хочется сказать, что воздухоразделение было и остается одним из основных способов получения технических газов. Открытый больше 100 лет назад способ разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации продолжает успешно применяться и в наши дни. И я уверен, что будет применяться еще на протяжении многих десятилетий.
Приобретая современные криогенные ВРУ, вы можете быть уверены в их надежности, безопасности и высокой производительности. Главное – тщательно выбирайте поставщика оборудования, чтобы не выкинуть деньги на ветер.
Получить бесплатную консультацию и приобрести Криогенную ВРУ по стандартному или индивидуальному проекту вы можете у предприятия «ДИОКСИД»
Будем рады реализовать ваш проект!