Аргон (Ar) гэта рэдкі газ, які шырока выкарыстоўваецца ў металургіі, зварцы, хімічнай прамысловасці і іншых галінах. Вытворчасць аргону ў асноўным залежыць ад падзелу розных кампанентаў газу ў паветры, паколькі канцэнтрацыя аргону ў атмасферы складае каля 0,93%. Двума асноўнымі метадамі прамысловай вытворчасці аргону з'яўляюцца крыягенная дыстыляцыя і адсорбцыя пры ваганні ціску (PSA).

Крыягенная дыстыляцыя

Крыягенная дыстыляцыя - найбольш часта выкарыстоўваны метад падзелу аргону ў прамысловасці. Гэты метад выкарыстоўвае розніцу ў тэмпературах кіпення розных кампанентаў газу ў паветры, звадкоўвае паветра пры нізкіх тэмпературах і аддзяляе газы праз дыстыляцыйную калону.

Паток працэсу:

Папярэдняя апрацоўка паветра: Спачатку паветра сціскаецца і першапачаткова астуджаецца для выдалення вільгаці і вуглякіслага газу. Гэты этап звычайна дасягаецца з дапамогай сушылкі (CD) або адсарбера з малекулярным сітам для выдалення вільгаці і прымешак.

Сцісканне паветра і астуджэнне: Пасля высыхання паветра сціскаецца да ціску ў некалькі мегапаскаляў, а затым астуджаецца праз астуджальную прыладу (напрыклад, паветраахаладжальнік), каб тэмпература паветра наблізілася да кропкі звадкавання. Гэты працэс зніжае тэмпературу паветра да -170°С да -180°С.

Звадкаванне паветра: Астуджанае паветра праходзіць праз пашыральны клапан і паступае ў калону крыягеннай дыстыляцыі. Кампаненты ў паветры паступова падзяляюцца ўнутры калонкі ў залежнасці ад іх тэмпературы кіпення. Азот (Н₂) і кісларод (O₂) аддзяляюцца пры больш нізкіх тэмпературах, у той час як аргон (Ar), які мае тэмпературу кіпення паміж азотам і кіслародам (-195,8°С для азоту, -183°C для кіслароду і -185,7°C для аргону), збіраецца ў пэўных секцыях калонкі.

Дробавая дыстыляцыя: У рэктыфікацыйнай калоне вадкае паветра выпараецца і кандэнсуецца пры розных тэмпературах, а аргон эфектыўна аддзяляецца. Аддзелены аргон затым збіраюць і дадаткова ачышчаюць.

Ачыстка аргонам:

Крыягенная дыстыляцыя звычайна дае аргон з чысцінёй вышэй за 99%. Для пэўных прымянення (напрыклад, у электроннай прамысловасці або высокакласнай апрацоўцы матэрыялаў) можа спатрэбіцца дадатковая ачыстка з выкарыстаннем адсарбентаў (напрыклад, актываванага вугалю або малекулярных сіт) для выдалення слядоў прымешак, такіх як азот і кісларод.

Адсорбцыя пры ваганні ціску (PSA)

Адсорбцыя пры ваганні ціску (PSA) - яшчэ адзін метад атрымання аргону, прыдатны для меншага маштабу вытворчасці. Гэты метад аддзяляе аргон ад паветра, выкарыстоўваючы розныя характарыстыкі адсорбцыі розных газаў на такіх матэрыялах, як малекулярныя сіты.

Паток працэсу:

Адсарбцыйная вежа: Паветра праходзіць праз адсарбцыйную вежу, запоўненую малекулярнымі сітамі, дзе азот і кісларод моцна адсарбуюцца малекулярнымі сітамі, у той час як інэртныя газы, такія як аргон, не адсарбуюцца, што дазваляе ім аддзяляцца ад азоту і кіслароду.

Адсорбцыя і дэсорбцыя: Падчас аднаго цыклу адсарбцыйная вежа спачатку адсарбуе азот і кісларод з паветра пад высокім ціскам, а аргон выцякае праз выхад вежы. Затым пры зніжэнні ціску азот і кісларод дэсарбуюцца з малекулярных сіт, і адсарбцыйная здольнасць адсарбцыйнай вежы аднаўляецца шляхам рэгенерацыі ваганняў ціску.

Цыкл Multi-Tower: Як правіла, некалькі адсарбцыйных вежаў выкарыстоўваюцца па чарзе—адзін для адсорбцыі, а другі - для дэсорбцыі—дазваляючы бесперапыннае вытворчасць.

Перавага метаду PSA заключаецца ў тым, што ён мае больш простую ўстаноўку і меншыя эксплуатацыйныя выдаткі, але чысціня атрыманага аргону звычайна ніжэйшая, чым пры крыягеннай дыстыляцыі. Ён падыходзіць для сітуацый з меншым попытам на аргон.

Ачыстка аргонам

Незалежна ад таго, выкарыстоўваецца крыягенная дыстыляцыя або PSA, атрыманы аргон звычайна змяшчае невялікую колькасць кіслароду, азоту або вадзяной пары. Каб палепшыць чысціню аргону, звычайна неабходныя наступныя этапы ачысткі:

Кандэнсацыя прымешак: Далейшае астуджэнне аргону для кандэнсацыі і аддзялення некаторых прымешак.

Адсорбцыя на малекулярным сіце: Выкарыстанне высокаэфектыўных малекулярных сітавых адсарбераў для выдалення слядоў азоту, кіслароду або вадзяной пары. Малекулярныя сіты маюць пэўныя памеры пор, якія могуць выбарачна адсарбаваць пэўныя малекулы газу.

Тэхналогія мембраннага падзелу: У некаторых выпадках тэхналогія газараздзяляльнай мембраны можа выкарыстоўвацца для падзелу газаў на аснове селектыўнага пранікнення, што яшчэ больш павышае чысціню аргону.

Меры засцярогі пры вытворчасці аргону на месцы

Меры бяспекі:

Крыягенная небяспека: Вадкі аргон вельмі халодны, таму варта пазбягаць прамога кантакту з ім, каб прадухіліць абмаражэнне. Аператары павінны насіць спецыяльную крыягенную ахоўную вопратку, пальчаткі і акуляры.

Небяспека асфіксіі: Аргон з'яўляецца інэртным газам і можа выцясняць кісларод. У закрытых памяшканнях уцечка аргону можа прывесці да зніжэння ўзроўню кіслароду, што прывядзе да асфіксіі. Такім чынам, памяшканні, дзе вырабляецца і захоўваецца аргон, неабходна добра вентыляваць і ўсталёўваць сістэмы маніторынгу кіслароду.

Абслугоўванне абсталявання:

Кантроль ціску і тэмпературы: Абсталяванне для вытворчасці аргону патрабуе строгага кантролю ціску і тэмпературы, асабліва ў калоне крыягеннай дыстыляцыі і адсарбцыйных вежах. Абсталяванне неабходна рэгулярна правяраць, каб пераканацца, што ўсе параметры знаходзяцца ў межах нормы.

Прадухіленне ўцечак: Паколькі сістэма аргону працуе пад высокім ціскам і нізкімі тэмпературамі, цэласнасць ушчыльнення мае вырашальнае значэнне. Газаправоды, злучэнні і клапаны неабходна перыядычна правяраць, каб прадухіліць уцечку газу.

Кантроль чысціні газу:

Дакладны маніторынг: Неабходная чысціня аргону вар'іруецца ў залежнасці ад прымянення. Трэба рэгулярна выкарыстоўваць газааналізатары для праверкі чысціні аргону і забеспячэння адпаведнасці прадукту прамысловым стандартам.

Кіраванне прымешкамі: У прыватнасці, пры крыягеннай дыстыляцыі на аддзяленне аргону можа паўплываць канструкцыя дыстыляцыйнай калоны, умовы працы і эфектыўнасць астуджэння. Дадатковая ачыстка можа спатрэбіцца ў залежнасці ад канчатковага выкарыстання аргону (напрыклад, аргон звышвысокай чысціні для электроннай прамысловасці).

Кіраванне энергаэфектыўнасцю:

Энергаспажыванне: Крыягенная дыстыляцыя энергаёмістая, таму трэба прыкласці намаганні для аптымізацыі працэсаў астуджэння і сціску, каб мінімізаваць страты энергіі.

Рэкуперацыя адпрацаванага цяпла: Сучасныя прадпрыемствы па вытворчасці аргону часта выкарыстоўваюць сістэмы рэкуперацыі адпрацаванага цяпла для аднаўлення энергіі холаду, атрыманай у працэсе крыягеннай дыстыляцыі, паляпшаючы агульную энергаэфектыўнасць.

У прамысловай вытворчасці аргон у першую чаргу залежыць ад метадаў крыягеннай дыстыляцыі і адсорбцыі пры перападах ціску. Крыягенных дыстыляцыі шырока выкарыстоўваецца для буйнамаштабная вытворчасць аргону дзякуючы сваёй здольнасці забяспечваць аргон больш высокай чысціні. Пры вытворчасці асаблівая ўвага надаецца забеспячэнню бяспекі, абслугоўванню абсталявання, кантролю чысціні газу і кіраванню энергаэфектыўнасцю.