Argon (Ar) er sjaldgæft gas sem er mikið notað í málmvinnslu, suðu, efnaiðnaði og öðrum sviðum. Framleiðsla á argon byggist aðallega á því að aðskilja mismunandi gashluti í loftinu, þar sem styrkur argon í andrúmsloftinu er um 0,93%. Tvær aðalaðferðirnar fyrir iðnaðar argon framleiðslu eru Cryogenic Distillation og Pressure Swing Adsorption (PSA).

Cryogenic eiming

Cryogenic eiming er algengasta aðferðin við argon aðskilnað í iðnaði. Þessi aðferð nýtir muninn á suðumarki ýmissa gasþátta í loftinu, gerir loftið fljótandi við lágt hitastig og aðskilur lofttegundirnar í gegnum eimingarsúlu.

Ferlisflæði:

Loftformeðferð: Fyrst er loftið þjappað saman og í upphafi kælt til að fjarlægja raka og koltvísýring. Þetta skref er venjulega náð með því að nota þurrkara (CD) eða sameindasigti aðsogs til að fjarlægja raka og óhreinindi.

Loftþjöppun og kæling: Eftir þurrkun er loftið þjappað niður í nokkra megapascal þrýsting og síðan kælt í gegnum kælibúnað (t.d. loftkælir) til að koma lofthitanum nálægt vökvamarki þess. Þetta ferli lækkar lofthitann í -170°C til -180°C.

Loftvökvi: Kælda loftið fer í gegnum þensluloka og fer inn í frosteimingarsúlu. Þættirnir í loftinu eru smám saman aðskildir inni í súlunni miðað við suðumark þeirra. Köfnunarefni (N₂) og súrefni (O₂) eru aðskilin við lægra hitastig, en argon (Ar), sem hefur suðumark á milli köfnunarefnis og súrefnis (-195,8).°C fyrir köfnunarefni, -183°C fyrir súrefni og -185,7°C fyrir argon), er safnað í ákveðna hluta dálksins.

Hlutaeiming: Í eimingarsúlunni gufar fljótandi loft upp og þéttist við mismunandi hitastig og argon er í raun aðskilið. Aðskilnu argoninu er síðan safnað og hreinsað frekar.

Argon hreinsun:

Cryogenic eiming gefur yfirleitt argon með hreinleika yfir 99%. Fyrir tiltekin notkun (t.d. í rafeindaiðnaði eða hágæða efnisvinnslu) getur verið þörf á frekari hreinsun með því að nota aðsogsefni (svo sem virkt kolefni eða sameindasíur) til að fjarlægja snefilóhreinindi eins og köfnunarefni og súrefni.

Pressure Swing Adsorption (PSA)

Pressure Swing Adsorption (PSA) er önnur aðferð til að búa til argon, hentugur fyrir smærri framleiðslu. Þessi aðferð skilur argon frá loftinu með því að nýta mismunandi aðsogseiginleika ýmissa lofttegunda á efni eins og sameindasigti.

Ferlisflæði:

Aðsogsturn: Loftið fer í gegnum aðsogsturn fylltan sameindasigti, þar sem köfnunarefni og súrefni aðsogast mjög af sameindasigtunum á meðan óvirkar lofttegundir eins og argon aðsogast ekki, sem gerir þeim kleift að skilja sig frá köfnunarefni og súrefni.

Aðsog og frásog: Í einni lotu gleypir aðsogsturninn fyrst nitur og súrefni úr loftinu undir háum þrýstingi, en argon streymir út um úttak turnsins. Síðan, með því að draga úr þrýstingnum, desogast köfnunarefni og súrefni úr sameindasigtunum og aðsogsgeta aðsogsturnsins er endurheimt með endurnýjun þrýstisveiflu.

Multi-Tower Cycle: Venjulega eru margir aðsogsturna notaðir til skiptis—annar fyrir aðsog en hinn er í frásog—leyfa stöðuga framleiðslu.

Kosturinn við PSA aðferðina er að hún hefur einfaldari uppsetningu og lægri rekstrarkostnað, en hreinleiki framleidda argonsins er almennt minni en í frosteimingu. Það er hentugur fyrir aðstæður með minni argon eftirspurn.

Argon hreinsun

Hvort sem notuð er frosteiming eða PSA, þá inniheldur argonið sem myndast venjulega lítið magn af súrefni, köfnunarefni eða vatnsgufu. Til að bæta hreinleika argon er venjulega þörf á frekari hreinsunarskrefum:

Þétting óhreininda: Frekari kæling á argon til að þétta og aðskilja sum óhreinindi.

Sameindasigti aðsog: Notkun afkastamikilla sameinda sigti aðsogs til að fjarlægja snefil af köfnunarefni, súrefni eða vatnsgufu. Sameindasigti hafa sérstakar holastærðir sem geta valið aðsogað ákveðnar gassameindir.

Himnuaðskilnaðartækni: Í sumum tilfellum er hægt að nota gasaðskilnaðarhimnutækni til að aðgreina lofttegundir sem byggjast á sértækri gegndræpi, sem eykur enn frekar hreinleika argon.

Varúðarráðstafanir fyrir Argon framleiðslu á staðnum

Öryggisráðstafanir:

Cryogenic Hazard: Fljótandi argon er mjög kalt og ætti að forðast beina snertingu við það til að koma í veg fyrir frost. Rekstraraðilar ættu að vera í sérhæfðum hlífðarfatnaði, hanska og hlífðargleraugu.

Köfnunarhætta: Argon er óvirkt lofttegund og getur flutt súrefni. Í lokuðum rýmum getur argonleki leitt til lækkunar á súrefnismagni sem leiðir til köfnunar. Þess vegna þurfa svæði þar sem argon er framleitt og geymt að vera vel loftræst og setja upp súrefniseftirlitskerfi.

Viðhald búnaðar:

Þrýstingur og hitastýring: Argon framleiðslubúnaður krefst strangrar eftirlits með þrýstingi og hitastigi, sérstaklega í frosteimingarsúlunni og aðsogsturnum. Búnaður ætti að skoða reglulega til að tryggja að allar breytur séu innan eðlilegra marka.

Lekavarnir: Þar sem argon kerfið starfar við háan þrýsting og lágt hitastig skiptir heilindi innsigli sköpum. Gasleiðslur, samskeyti og lokar skal athuga reglulega til að koma í veg fyrir gasleka.

Gashreinleikastýring:

Nákvæm eftirlit: Hreinleiki argon sem krafist er er mismunandi eftir notkun. Gasgreiningartæki ætti að nota reglulega til að athuga hreinleika argonsins og tryggja að varan uppfylli iðnaðarstaðla.

Óhreinindastjórnun: Sérstaklega, við frosteimingu, getur aðskilnaður argon orðið fyrir áhrifum af hönnun eimingarsúlunnar, rekstrarskilyrðum og kælingu. Frekari hreinsun gæti verið nauðsynleg eftir endanlega notkun argon (t.d. argon með ofurhreint hreinleika fyrir rafeindaiðnaðinn).

Orkunýtnistjórnun:

Orkunotkun: Cryogenic eiming er orkufrek og því ætti að reyna að hámarka kælingu og þjöppunarferli til að lágmarka orkutap.

Endurheimt úrgangshita: Nútíma framleiðslustöðvar fyrir argon nota oft úrgangshitaendurvinnslukerfi til að endurheimta köldu orkuna sem framleidd er í frosteimingarferlinu, sem bætir heildarorkunýtni.

Í iðnaðarframleiðslu er argon fyrst og fremst háð frosteimingu og þrýstingssveifluaðsogsaðferðum. Cryogenic eiming er mikið notuð fyrir stórfelld argonframleiðsla vegna getu þess til að veita meiri hreinleika argon. Sérstakrar athygli er krafist við framleiðslu til að tryggja öryggi, viðhald búnaðar, eftirlit með hreinleika gass og stjórnun orkunýtingar.