Argon (Ar) is 'n seldsame gas wat wyd gebruik word in metallurgie, sweiswerk, chemiese industrieë en ander velde. Die produksie van argon berus hoofsaaklik op die skeiding van die verskillende gaskomponente in die lug, aangesien die konsentrasie argon in die atmosfeer ongeveer 0,93% is. Die twee primêre metodes vir industriële argonproduksie is Kriogeniese Distillasie en Drukswaai-adsorpsie (PSA).

Kryogeniese distillasie

Kriogeniese distillasie is die mees gebruikte metode vir argonskeiding in die industrie. Hierdie metode gebruik die verskille in kookpunte van verskeie gaskomponente in die lug, maak die lug vloeibaar by lae temperature en skei die gasse deur 'n distillasiekolom.

Prosesvloei:

Lugvoorbehandeling: Eerstens word die lug saamgepers en aanvanklik afgekoel om vog en koolstofdioksied te verwyder. Hierdie stap word tipies bereik deur 'n droër (CD) of molekulêre sif-adsorbeerder te gebruik om vog en onsuiwerhede te verwyder.

Lugkompressie en verkoeling: Na droging word die lug saamgepers tot etlike megapascal se druk, en dan deur 'n verkoelingstoestel (bv. 'n lugverkoeler) afgekoel om die lugtemperatuur naby sy vloeibare punt te bring. Hierdie proses verlaag die lugtemperatuur tot -170°C tot -180°C.

Lugvervloeiing: Die afgekoelde lug gaan deur 'n uitsettingsklep en gaan 'n kriogene distillasiekolom binne. Die komponente in die lug word geleidelik binne die kolom geskei op grond van hul kookpunte. Stikstof (N₂) en suurstof (O₂) word by laer temperature geskei, terwyl argon (Ar), met 'n kookpunt tussen stikstof en suurstof (-195,8)°C vir stikstof, -183°C vir suurstof, en -185,7°C vir argon), word in spesifieke afdelings van die kolom versamel.

Fraksionele distillasie: In die distillasiekolom verdamp en kondenseer vloeibare lug by verskillende temperature, en argon word effektief geskei. Die geskeide argon word dan versamel en verder gesuiwer.

Argon suiwering:

Kriogeniese distillasie lewer gewoonlik argon met suiwerheid bo 99%. Vir sekere toepassings (bv. in die elektroniese industrie of hoë-end materiaal verwerking), kan verdere suiwering vereis word met behulp van adsorbents (soos geaktiveerde koolstof of molekulêre siwe) om spoor onsuiwerhede soos stikstof en suurstof te verwyder.

Drukswaai-adsorpsie (PSA)

Pressure Swing Adsorption (PSA) is nog 'n metode vir die opwekking van argon, geskik vir kleiner produksie. Hierdie metode skei argon van die lug deur die verskillende adsorpsie-eienskappe van verskeie gasse op materiale soos molekulêre siwwe te gebruik.

Prosesvloei:

Adsorpsie toring: Die lug gaan deur 'n adsorpsietoring gevul met molekulêre siwwe, waar stikstof en suurstof sterk deur die molekulêre siwwe geadsorbeer word, terwyl inerte gasse soos argon nie geadsorbeer word nie, wat hulle toelaat om van stikstof en suurstof te skei.

Adsorpsie en desorpsie: Gedurende een siklus adsorbeer die adsorpsietoring eers stikstof en suurstof uit die lug onder hoë druk, terwyl argon deur die toring se uitlaat uitvloei. Dan, deur die druk te verminder, desorbeer stikstof en suurstof uit die molekulêre siwwe, en word die adsorpsietoring se adsorpsiekapasiteit herstel deur drukswaai-regenerasie.

Multi-toringsiklus: Tipies word veelvuldige adsorpsietorings afwisselend gebruik—een vir adsorpsie terwyl die ander in desorpsie is—deurlopende produksie moontlik te maak.

Die voordeel van die PSA-metode is dat dit 'n eenvoudiger opstelling en laer bedryfskoste het, maar die suiwerheid van die vervaardigde argon is oor die algemeen laer as dié van kryogeniese distillasie. Dit is geskik vir situasies met 'n laer argonvraag.

Argon suiwering

Of dit nou kriogene distillasie of PSA gebruik word, die gegenereerde argon bevat gewoonlik klein hoeveelhede suurstof, stikstof of waterdamp. Om die suiwerheid van argon te verbeter, word verdere suiweringsstappe tipies vereis:

Kondensasie van onsuiwerhede: Verdere verkoeling van die argon om te kondenseer en sommige onsuiwerhede uit te skei.

Molekulêre sif adsorpsie: Gebruik hoë-doeltreffende molekulêre sif adsorbeerders om spore hoeveelhede stikstof, suurstof of waterdamp te verwyder. Molekulêre siwwe het spesifieke poriegroottes wat sekere gasmolekules selektief kan adsorbeer.

Membraanskeidingstegnologie: In sommige gevalle kan gasskeidingsmembraantegnologie gebruik word om gasse te skei op grond van selektiewe permeasie, wat die suiwerheid van argon verder verbeter.

Voorsorgmaatreëls vir Argon-produksie op die terrein

Veiligheidsmaatreëls:

Kriogeniese gevaar: Vloeibare argon is uiters koud, en direkte kontak daarmee moet vermy word om bevriesing te voorkom. Operateurs moet gespesialiseerde kryogeniese beskermende klere, handskoene en bril dra.

Verstikkingsgevaar: Argon is 'n inerte gas en kan suurstof verplaas. In geslote ruimtes kan argonlekkasie lei tot 'n afname in suurstofvlakke, wat tot versmoring lei. Gebiede waar argon geproduseer en geberg word, moet dus goed geventileer word, en suurstofmoniteringstelsels moet geïnstalleer word.

Toerusting Onderhoud:

Druk- en temperatuurbeheer: Argonproduksietoerusting vereis streng beheer van druk en temperatuur, veral in die kriogene distillasiekolom en adsorpsietorings. Toerusting moet gereeld geïnspekteer word om te verseker dat alle parameters binne normale omvang is.

Voorkoming van lekkasies: Aangesien die argonstelsel onder hoë druk en lae temperature werk, is seëlintegriteit van kardinale belang. Gaspypleidings, verbindings en kleppe moet periodiek nagegaan word om gaslekke te voorkom.

Gassuiwerheidsbeheer:

Presisiemonitering: Die suiwerheid van argon wat benodig word, wissel na gelang van die toepassing. Gasontleders moet gereeld gebruik word om die suiwerheid van die argon na te gaan en te verseker dat die produk aan industriële standaarde voldoen.

Onsuiwerheidsbestuur: In die besonder, in kryogeniese distillasie, kan die skeiding van argon beïnvloed word deur die distillasiekolomontwerp, bedryfstoestande en verkoelingseffektiwiteit. Verdere suiwering kan nodig wees, afhangende van die finale gebruik van argon (bv. ultrahoë suiwer argon vir die elektroniese industrie).

Energiedoeltreffendheidbestuur:

Energieverbruik: Kriogeniese distillasie is energie-intensief, daarom moet pogings aangewend word om verkoelings- en kompressieprosesse te optimaliseer om energieverlies te minimaliseer.

Herwinning van afvalhitte: Moderne argonproduksiefasiliteite gebruik dikwels afvalhitteherwinningstelsels om die koue energie wat tydens die kriogene distillasieproses geproduseer word, te herwin, wat die algehele energiedoeltreffendheid verbeter.

In industriële produksie is argon hoofsaaklik afhanklik van kriogene distillasie en druk swaai adsorpsie metodes. Kriogeniese distillasie word wyd gebruik vir grootskaalse argon produksie as gevolg van sy vermoë om hoër suiwer argon te verskaf. Spesiale aandag word vereis tydens produksie om veiligheid, toerustingonderhoud, gassuiwerheidsbeheer en energiedoeltreffendheidbestuur te verseker.