Аргон (Ar) е редок гас кој широко се користи во металургијата, заварувањето, хемиската индустрија и други области. Производството на аргон главно се потпира на одвојување на различните гасни компоненти во воздухот, бидејќи концентрацијата на аргон во атмосферата е околу 0,93%. Двата примарни методи за индустриско производство на аргон се криогена дестилација и адсорпција со вртење на притисок (PSA).

Криогена дестилација

Криогената дестилација е најчесто користениот метод за сепарација на аргон во индустријата. Овој метод ги користи разликите во точките на вриење на различни компоненти на гас во воздухот, го втечнува воздухот на ниски температури и ги раздвојува гасовите преку колона за дестилација.

Процесен тек:

Предтретман за воздух: Прво, воздухот се компресира и првично се лади за да се отстрани влагата и јаглерод диоксидот. Овој чекор обично се постигнува со користење на фен (CD) или адсорбер за молекуларно сито за отстранување на влага и нечистотии.

Компресија и ладење на воздухот: По сушењето, воздухот се компресира до неколку мегапаскали притисок, а потоа се лади преку уред за ладење (на пример, ладилник за воздух) за да се приближи температурата на воздухот до неговата точка на втечнување. Овој процес ја намалува температурата на воздухот на -170°C до -180°В.

Втечнување на воздухот: Оладениот воздух поминува низ вентил за проширување и влегува во криогена дестилаторна колона. Компонентите во воздухот постепено се одвојуваат во колоната врз основа на нивните точки на вриење. Азот (Н₂) и кислород (О₂) се одвојуваат на пониски температури, додека аргонот (Ar), има точка на вриење помеѓу азот и кислород (-195,8°С за азот, -183°С за кислород, и -185,7°C за аргон), се собира во одредени делови од колоната.

Фракциона дестилација: Во колоната за дестилација, течниот воздух испарува и кондензира на различни температури, а аргонот ефективно се одвојува. Одделениот аргон потоа се собира и дополнително се прочистува.

Прочистување на аргон:

Криогената дестилација генерално дава аргон со чистота над 99%. За одредени апликации (на пр., во електронската индустрија или преработка на материјали од висока класа), може да биде потребно дополнително прочистување со користење на адсорбенти (како што се активиран јаглерод или молекуларни сита) за отстранување на нечистотиите во трагови како азот и кислород.

Адсорпција на нишање на притисок (PSA)

Притисочната адсорпција (PSA) е уште еден метод за генерирање на аргон, погоден за производство во помал обем. Овој метод го одвојува аргонот од воздухот со користење на различните карактеристики на адсорпција на различни гасови на материјали како што се молекуларните сита.

Процесен тек:

Адсорпциона кула: Воздухот минува низ адсорпциона кула исполнета со молекуларни сита, каде што азотот и кислородот силно се адсорбираат од молекуларните сита, додека инертните гасови како аргонот не се адсорбираат, што им овозможува да се одвојат од азот и кислород.

Адсорпција и десорпција: Во текот на еден циклус, кулата за адсорпција најпрво ги апсорбира азот и кислородот од воздухот под висок притисок, додека аргонот тече низ излезот на кулата. Потоа, со намалување на притисокот, азотот и кислородот се десорбираат од молекуларните сита, а капацитетот за адсорпција на кулата за адсорпција се обновува преку регенерација на нишање на притисокот.

Циклус со повеќе кули: Вообичаено, наизменично се користат повеќе кули за адсорпција—еден за адсорпција додека другиот е во десорпција—овозможувајќи континуирано производство.

Предноста на методот PSA е тоа што има поедноставно поставување и помали оперативни трошоци, но чистотата на произведениот аргон е генерално помала од онаа на криогена дестилација. Погоден е за ситуации со помала побарувачка на аргон.

Прочистување на аргон

Без разлика дали се користи криогена дестилација или PSA, генерираниот аргон обично содржи мали количини на кислород, азот или водена пареа. За да се подобри чистотата на аргонот, обично се потребни дополнителни чекори за прочистување:

Кондензација на нечистотии: Понатамошно ладење на аргонот за кондензирање и одвојување на некои нечистотии.

Адсорпција на молекуларно сито: Користење на високоефикасни молекуларни сито адсорбери за отстранување на траги од азот, кислород или водена пареа. Молекуларните сита имаат специфични големини на пори кои можат селективно да адсорбираат одредени молекули на гас.

Технологија за раздвојување на мембраната: Во некои случаи, технологијата на мембрана за сепарација на гас може да се користи за одвојување на гасовите врз основа на селективна пропустливост, што дополнително ја подобрува чистотата на аргонот.

Мерки на претпазливост за производство на аргон на самото место

Безбедносни мерки:

Криогена опасност: Течен аргон е екстремно ладно, а треба да се избегнува директен контакт со него за да се спречи смрзнатини. Операторите треба да носат специјализирана криогена заштитна облека, ракавици и очила.

Опасност од асфиксија: Аргонот е инертен гас и може да го измести кислородот. Во затворени простори, истекувањето на аргон може да доведе до намалување на нивото на кислород, што резултира со асфиксија. Затоа, областите каде што се произведува и складира аргон треба да бидат добро проветрени и да се инсталираат системи за следење на кислородот.

Одржување на опрема:

Контрола на притисок и температура: Опремата за производство на аргон бара строга контрола на притисокот и температурата, особено во колоната за криогена дестилација и кулите за адсорпција. Опремата треба редовно да се проверува за да се осигура дека сите параметри се во нормални граници.

Спречување на истекување: Бидејќи системот на аргон работи под висок притисок и ниски температури, интегритетот на заптивката е од клучно значење. Гасоводите, спојниците и вентилите треба периодично да се проверуваат за да се спречи истекување на гас.

Контрола на чистота на гас:

Прецизно следење: Потребната чистота на аргон варира во зависност од примената. Анализаторите за гас треба редовно да се користат за да се провери чистотата на аргонот и да се обезбеди дека производот ги исполнува индустриските стандарди.

Управување со нечистотии: Особено, при криогена дестилација, одвојувањето на аргонот може да биде под влијание на дизајнот на колоната за дестилација, работните услови и ефективноста на ладењето. Може да биде неопходно дополнително прочистување во зависност од конечната употреба на аргон (на пример, аргон со ултра висока чистота за електронската индустрија).

Управување со енергетска ефикасност:

Потрошувачка на енергија: Криогената дестилација е енергетски интензивна, затоа треба да се направат напори за оптимизирање на процесите на ладење и компресија за да се минимизира загубата на енергија.

Обнова на отпадна топлина: Современите капацитети за производство на аргон често користат системи за обновување на отпадната топлина за враќање на ладната енергија произведена за време на процесот на криогена дестилација, подобрувајќи ја севкупната енергетска ефикасност.

Во индустриското производство, аргонот првенствено зависи од методите на криогена дестилација и адсорпција со замав на притисок. Криогената дестилација е широко користена за големо производство на аргон поради неговата способност да обезбеди аргон со поголема чистота. Посебно внимание е потребно за време на производството за да се обезбеди безбедност, одржување на опремата, контрола на чистотата на гасот и управување со енергетската ефикасност.