Argon (Ar) është një gaz i rrallë që përdoret gjerësisht në metalurgji, saldim, industri kimike dhe fusha të tjera. Prodhimi i argonit mbështetet kryesisht në ndarjen e përbërësve të ndryshëm të gazit në ajër, pasi përqendrimi i argonit në atmosferë është rreth 0.93%. Dy metodat kryesore për prodhimin industrial të argonit janë distilimi kriogjenik dhe adsorbimi me lëvizje me presion (PSA).

Distilimi kriogjenik

Distilimi kriogjenik është metoda më e përdorur për ndarjen e argonit në industri. Kjo metodë shfrytëzon dallimet në pikat e vlimit të përbërësve të ndryshëm të gazit në ajër, e lëngëzon ajrin në temperatura të ulëta dhe i ndan gazrat përmes një kolone distilimi.

Rrjedha e procesit:

Trajtimi paraprak i ajrit: Së pari, ajri kompresohet dhe fillimisht ftohet për të hequr lagështinë dhe dioksidin e karbonit. Ky hap zakonisht arrihet duke përdorur një tharëse (CD) ose adsorber sitë molekulare për të hequr lagështinë dhe papastërtitë.

Kompresimi dhe ftohja e ajrit: Pas tharjes, ajri kompresohet në disa megapaskale presioni, dhe më pas ftohet përmes një pajisjeje ftohëse (p.sh., një ftohës ajri) për ta afruar temperaturën e ajrit në pikën e tij të lëngëzimit. Ky proces ul temperaturën e ajrit në -170°C deri në -180°C.

Lëngëzimi i ajrit: Ajri i ftohur kalon përmes një valvule zgjerimi dhe hyn në një kolonë distilimi kriogjenik. Komponentët në ajër ndahen gradualisht brenda kolonës bazuar në pikat e tyre të vlimit. Azoti (N₂) dhe oksigjen (O₂) ndahen në temperatura më të ulëta, ndërsa argoni (Ar), që ka një pikë vlimi midis azotit dhe oksigjenit (-195.8°C për azotin, -183°C për oksigjen, dhe -185.7°C për argonin), mblidhet në seksione specifike të kolonës.

Distilimi i pjesshëm: Në kolonën e distilimit, ajri i lëngshëm avullon dhe kondensohet në temperatura të ndryshme, dhe argoni ndahet në mënyrë efektive. Argoni i ndarë më pas mblidhet dhe pastrohet më tej.

Pastrimi i argonit:

Distilimi kriogjen në përgjithësi jep argon me pastërti mbi 99%. Për aplikime të caktuara (p.sh., në industrinë e elektronikës ose përpunimin e materialeve të nivelit të lartë), mund të kërkohet pastrim i mëtejshëm duke përdorur adsorbentë (si karboni i aktivizuar ose sitat molekulare) për të hequr gjurmët e papastërtive si azoti dhe oksigjeni.

Adsorbimi i luhatjes së presionit (PSA)

Adsorbimi i luhatjes me presion (PSA) është një metodë tjetër për gjenerimin e argonit, e përshtatshme për prodhim në shkallë më të vogël. Kjo metodë ndan argonin nga ajri duke shfrytëzuar karakteristikat e ndryshme të absorbimit të gazrave të ndryshëm në materiale të tilla si sitat molekulare.

Rrjedha e procesit:

Kulla e adsorbimit: Ajri kalon përmes një kulle adsorbimi të mbushur me sita molekulare, ku azoti dhe oksigjeni absorbohen fuqishëm nga sitat molekulare, ndërsa gazrat inerte si argoni nuk absorbohen, duke i lejuar ata të ndahen nga azoti dhe oksigjeni.

Adsorbimi dhe desorbimi: Gjatë një cikli, kulla e adsorbimit thith fillimisht azotin dhe oksigjenin nga ajri nën presion të lartë, ndërsa argoni rrjedh jashtë përmes daljes së kullës. Më pas, duke reduktuar presionin, azoti dhe oksigjeni desorbohen nga sitat molekulare dhe kapaciteti absorbues i kullës së adsorbimit rikthehet përmes rigjenerimit të lëkundjes së presionit.

Cikli me shumë kulla: Në mënyrë tipike, kullat e shumta të adsorbimit përdoren në mënyrë alternative—njëra për adsorbim ndërsa tjetra është në desorbim—duke lejuar prodhimin e vazhdueshëm.

Avantazhi i metodës PSA është se ajo ka një konfigurim më të thjeshtë dhe kosto operative më të ulëta, por pastërtia e argonit të prodhuar është përgjithësisht më e ulët se ajo e distilimit kriogjenik. Është i përshtatshëm për situata me kërkesë më të ulët për argon.

Pastrimi i Argonit

Pavarësisht nëse përdoret distilimi kriogjenik ose PSA, argoni i gjeneruar zakonisht përmban sasi të vogla oksigjeni, azoti ose avulli uji. Për të përmirësuar pastërtinë e argonit, zakonisht kërkohen hapa të mëtejshëm të pastrimit:

Kondensimi i papastërtive: Ftohja e mëtejshme e argonit për të kondensuar dhe ndarë disa papastërti.

Adsorbimi i sitës molekulare: Përdorimi i adsorbuesve sitë molekularë me efikasitet të lartë për të hequr sasitë e gjurmëve të azotit, oksigjenit ose avullit të ujit. Sitat molekulare kanë madhësi pore specifike që mund të absorbojnë në mënyrë selektive molekula të caktuara të gazit.

Teknologjia e ndarjes së membranës: Në disa raste, teknologjia e membranës së ndarjes së gazit mund të përdoret për të ndarë gazrat bazuar në depërtimin selektiv, duke rritur më tej pastërtinë e argonit.

Masat paraprake për prodhimin e argonit në vend

Masat e Sigurisë:

Rreziku kriogjenik: Argon i lëngshëm është jashtëzakonisht i ftohtë dhe kontakti i drejtpërdrejtë me të duhet të shmanget për të parandaluar ngrirjen. Operatorët duhet të veshin veshje të specializuara mbrojtëse kriogjenike, doreza dhe syze.

Rreziku i asfiksimit: Argoni është një gaz inert dhe mund të zhvendosë oksigjenin. Në hapësirat e mbyllura, rrjedhja e argonit mund të çojë në një ulje të niveleve të oksigjenit, duke rezultuar në asfiksi. Prandaj, zonat ku prodhohet dhe ruhet argoni duhet të ajrosen mirë dhe duhet të instalohen sisteme monitorimi të oksigjenit.

Mirëmbajtja e pajisjeve:

Kontrolli i presionit dhe temperaturës: Pajisjet e prodhimit të argonit kërkojnë kontroll të rreptë të presionit dhe temperaturës, veçanërisht në kolonën e distilimit kriogjenik dhe kullat e adsorbimit. Pajisjet duhet të inspektohen rregullisht për të siguruar që të gjithë parametrat janë brenda kufijve normalë.

Parandalimi i rrjedhjeve: Meqenëse sistemi i argonit funksionon nën presion të lartë dhe temperatura të ulëta, integriteti i vulës është thelbësor. Tubacionet e gazit, nyjet dhe valvulat duhet të kontrollohen periodikisht për të parandaluar rrjedhjet e gazit.

Kontrolli i pastërtisë së gazit:

Monitorimi i saktë: Pastërtia e kërkuar e argonit ndryshon në varësi të aplikimit. Analizuesit e gazit duhet të përdoren rregullisht për të kontrolluar pastërtinë e argonit dhe për të siguruar që produkti i plotëson standardet industriale.

Menaxhimi i papastërtive: Në veçanti, në distilimin kriogjenik, ndarja e argonit mund të ndikohet nga dizajni i kolonës së distilimit, kushtet e funksionimit dhe efektiviteti i ftohjes. Pastrimi i mëtejshëm mund të jetë i nevojshëm në varësi të përdorimit përfundimtar të argonit (p.sh., argon me pastërti ultra të lartë për industrinë elektronike).

Menaxhimi i Efiçiencës së Energjisë:

Konsumi i energjisë: Distilimi kriogjenik kërkon energji intensive, prandaj duhen bërë përpjekje për të optimizuar proceset e ftohjes dhe kompresimit për të minimizuar humbjen e energjisë.

Rikuperimi i nxehtësisë së mbeturinave: Objektet moderne të prodhimit të argonit shpesh përdorin sisteme të rikuperimit të nxehtësisë së mbeturinave për të rikuperuar energjinë e ftohtë të prodhuar gjatë procesit të distilimit kriogjenik, duke përmirësuar efikasitetin e përgjithshëm të energjisë.

Në prodhimin industrial, argoni varet kryesisht nga metodat e distilimit kriogjenik dhe të adsorbimit të luhatjes së presionit. Distilim kriogjenik përdoret gjerësisht për prodhimi i argonit në shkallë të gjerë për shkak të aftësisë së tij për të siguruar argon me pastërti më të lartë. Vëmendje e veçantë kërkohet gjatë prodhimit për të garantuar sigurinë, mirëmbajtjen e pajisjeve, kontrollin e pastërtisë së gazit dhe menaxhimin e efikasitetit të energjisë.