Argón (Ar) é un gas raro moi utilizado na metalurxia, soldadura, industrias químicas e outros campos. A produción de argón depende principalmente da separación dos diferentes compoñentes do gas no aire, xa que a concentración de argón na atmosfera é de aproximadamente o 0,93%. Os dous métodos principais para a produción de argón industrial son a destilación crioxénica e a adsorción por oscilación de presión (PSA).

Destilación criogénica

A destilación crioxénica é o método máis utilizado para a separación de argón na industria. Este método utiliza as diferenzas nos puntos de ebulición de varios compoñentes do gas no aire, licúa o aire a baixas temperaturas e separa os gases a través dunha columna de destilación.

Fluxo do proceso:

Pretratamento de aire: En primeiro lugar, o aire comprime e arrefría inicialmente para eliminar a humidade e o dióxido de carbono. Este paso conséguese normalmente usando un secador (CD) ou un adsorbente de peneira molecular para eliminar a humidade e as impurezas.

Compresión e arrefriamento de aire: Despois do secado, o aire comprímese a varios megapascais de presión, e despois arrefríase a través dun dispositivo de refrixeración (por exemplo, un enfriador de aire) para achegar a temperatura do aire ao seu punto de licuefacción. Este proceso reduce a temperatura do aire a -170°C a -180°C.

Licuefacción do aire: O aire arrefriado pasa por unha válvula de expansión e entra nunha columna de destilación crioxénica. Os compoñentes do aire vanse separando gradualmente dentro da columna en función dos seus puntos de ebulición. Nitróxeno (N₂) e osíxeno (O₂) sepáranse a temperaturas máis baixas, mentres que o argón (Ar), ten un punto de ebulición entre nitróxeno e osíxeno (-195,8).°C para nitróxeno, -183°C para osíxeno, e -185,7°C para argón), recóllese en seccións específicas da columna.

Destilación fraccionada: Na columna de destilación, o aire líquido evapórase e condénsase a diferentes temperaturas e sepárase eficazmente o argón. O argón separado é entón recollido e purificado.

Purificación de argón:

A destilación crioxénica xeralmente produce argón cunha pureza superior ao 99%. Para determinadas aplicacións (por exemplo, na industria electrónica ou no procesamento de materiais de alta gama), pode ser necesaria unha purificación adicional mediante adsorbentes (como carbón activado ou peneiras moleculares) para eliminar trazas de impurezas como nitróxeno e osíxeno.

Adsorción por oscilación de presión (PSA)

A adsorción por oscilación de presión (PSA) é outro método para xerar argón, axeitado para a produción a menor escala. Este método separa o argón do aire mediante a utilización das diferentes características de adsorción de varios gases en materiais como as peneiras moleculares.

Fluxo do proceso:

Torre de adsorción: O aire pasa por unha torre de adsorción chea de tamices moleculares, onde o nitróxeno e o osíxeno son fortemente adsorbidos polos tamices moleculares, mentres que os gases inertes como o argón non son adsorbidos, o que lles permite separarse do nitróxeno e do osíxeno.

Adsorción e desorción: Durante un ciclo, a torre de adsorción primeiro adsorbe nitróxeno e osíxeno do aire a alta presión, mentres que o argón sae pola saída da torre. Entón, ao reducir a presión, o nitróxeno e o osíxeno desorben das peneiras moleculares, e a capacidade de adsorción da torre de adsorción restablece a través da rexeneración de cambios de presión.

Ciclo de varias torres: Normalmente, úsanse varias torres de adsorción alternativamente—un para adsorción mentres que o outro está en desorción—permitindo unha produción continua.

A vantaxe do método PSA é que ten unha configuración máis sinxela e uns custos operativos máis baixos, pero a pureza do argón producido é xeralmente menor que a da destilación crioxénica. É axeitado para situacións con menor demanda de argón.

Purificación de argón

Xa sexa usando destilación crioxénica ou PSA, o argón xerado adoita conter pequenas cantidades de osíxeno, nitróxeno ou vapor de auga. Para mellorar a pureza do argón, normalmente son necesarios máis pasos de purificación:

Condensación de impurezas: Refrixeración adicional do argón para condensar e separar algunhas impurezas.

Adsorción por tamiz molecular: Usando adsorbentes de peneira molecular de alta eficiencia para eliminar trazas de nitróxeno, osíxeno ou vapor de auga. As peneiras moleculares teñen tamaños de poros específicos que poden adsorber selectivamente determinadas moléculas de gas.

Tecnoloxía de separación de membranas: Nalgúns casos, a tecnoloxía de membrana de separación de gases pódese usar para separar gases baseados na permeación selectiva, mellorando aínda máis a pureza do argón.

Precaucións para a produción de argón no lugar

Medidas de seguridade:

Risco criogénico: Argón líquido é extremadamente frío e debe evitarse o contacto directo con ela para evitar conxelacións. Os operadores deben levar roupa de protección crioxénica especializada, luvas e lentes.

Risco de asfixia: O argón é un gas inerte e pode desprazar o osíxeno. En espazos pechados, a fuga de argón pode provocar unha diminución dos niveis de osíxeno, o que provoca asfixia. Polo tanto, as áreas onde se produce e almacena argón deben estar ben ventiladas e instalar sistemas de monitorización de osíxeno.

Mantemento de equipos:

Control de presión e temperatura: Os equipos de produción de argón requiren un control estrito da presión e da temperatura, especialmente na columna de destilación crioxénica e nas torres de adsorción. O equipo debe ser inspeccionado regularmente para garantir que todos os parámetros estean dentro dos intervalos normais.

Prevención de fugas: Dado que o sistema de argón funciona a alta presión e baixas temperaturas, a integridade do selado é fundamental. Os gasodutos, as xuntas e as válvulas deben revisarse periodicamente para evitar fugas de gas.

Control de pureza do gas:

Monitorización de precisión: A pureza do argón necesaria varía dependendo da aplicación. Os analizadores de gases deben usarse regularmente para comprobar a pureza do argón e garantir que o produto cumpra as normas industriais.

Xestión de impurezas: En particular, na destilación crioxénica, a separación do argón pode verse afectada polo deseño da columna de destilación, as condicións de funcionamento e a eficacia do arrefriamento. Pode ser necesaria unha purificación adicional dependendo do uso final de argón (por exemplo, argón de ultra alta pureza para a industria electrónica).

Xestión da eficiencia enerxética:

Consumo de enerxía: A destilación crioxénica é intensiva en enerxía, polo que deberían facerse esforzos para optimizar os procesos de refrixeración e compresión para minimizar a perda de enerxía.

Recuperación de calor residual: As modernas instalacións de produción de argón adoitan utilizar sistemas de recuperación de calor residual para recuperar a enerxía fría producida durante o proceso de destilación crioxénica, mellorando a eficiencia enerxética global.

Na produción industrial, o argón depende principalmente de métodos de destilación crioxénica e de adsorción por cambios de presión. A destilación crioxénica é amplamente utilizada produción de argón a gran escala debido á súa capacidade para proporcionar argón de maior pureza. Requírese unha atención especial durante a produción para garantir a seguridade, o mantemento dos equipos, o control da pureza do gas e a xestión da eficiencia enerxética.