аргон (Ар) је редак гас који се широко користи у металургији, заваривању, хемијској индустрији и другим областима. Производња аргона се углавном ослања на одвајање различитих гасних компоненти у ваздуху, пошто је концентрација аргона у атмосфери око 0,93%. Две основне методе за индустријску производњу аргона су криогена дестилација и адсорпција промене притиска (ПСА).

Криогена дестилација

Криогена дестилација је најчешће коришћена метода за одвајање аргона у индустрији. Ова метода користи разлике у тачкама кључања различитих гасних компоненти у ваздуху, течни ваздух на ниским температурама и одваја гасове кроз дестилационе колоне.

Ток процеса:

Предтретман ваздуха: Прво, ваздух се компримује и иницијално хлади да би се уклонила влага и угљен-диоксид. Овај корак се обично постиже коришћењем сушара (ЦД) или адсорбера за молекуларно сито за уклањање влаге и нечистоћа.

Компресија и хлађење ваздуха: Након сушења, ваздух се компресује на неколико мегапаскала притиска, а затим се хлади кроз уређај за хлађење (нпр. ваздушни хладњак) да би се температура ваздуха приближила тачки течења. Овај процес снижава температуру ваздуха на -170°Ц до -180°Ц.

Укапљивање ваздуха: Охлађени ваздух пролази кроз експанзиони вентил и улази у колону за криогену дестилацију. Компоненте у ваздуху се постепено одвајају унутар колоне на основу њихових тачака кључања. Азот (Н₂) и кисеоник (О₂) се одвајају на нижим температурама, док аргон (Ар) има тачку кључања између азота и кисеоника (-195,8°Ц за азот, -183°Ц за кисеоник и -185,7°Ц за аргон) се сакупља у одређеним деловима колоне.

Фракциона дестилација: У колони за дестилацију течни ваздух испарава и кондензује на различитим температурама, а аргон се ефикасно одваја. Издвојени аргон се затим сакупља и даље пречишћава.

Пречишћавање аргоном:

Криогена дестилација генерално даје аргон чистоће изнад 99%. За одређене примене (на пример, у електронској индустрији или врхунској обради материјала), може бити потребно даље пречишћавање коришћењем адсорбената (као што су активни угаљ или молекуларна сита) да би се уклониле нечистоће у траговима као што су азот и кисеоник.

Адсорпција промене притиска (ПСА)

Адсорпција са променама притиска (ПСА) је још један метод за генерисање аргона, погодан за производњу мањих размера. Ова метода одваја аргон од ваздуха коришћењем различитих карактеристика адсорпције различитих гасова на материјалима као што су молекуларна сита.

Ток процеса:

Адсорпциони торањ: Ваздух пролази кроз адсорпциону кулу испуњену молекуларним ситом, где су азот и кисеоник снажно адсорбовани од стране молекуларних сита, док се инертни гасови попут аргона не адсорбују, што им омогућава да се одвоје од азота и кисеоника.

Адсорпција и десорпција: Током једног циклуса, адсорпциони торањ прво адсорбује азот и кисеоник из ваздуха под високим притиском, док аргон излази кроз излаз торња. Затим, смањењем притиска, азот и кисеоник се десорбују из молекуларних сита, а адсорпциони капацитет адсорпционог торња се обнавља регенерацијом промене притиска.

Циклус са више торња: Обично се наизменично користи више адсорпционих торњева—један за адсорпцију док је други у десорпцији—омогућавајући континуирану производњу.

Предност ПСА методе је у томе што има једноставније подешавање и ниже оперативне трошкове, али је чистоћа произведеног аргона генерално нижа од чистоће криогене дестилације. Погодан је за ситуације са нижом потражњом аргона.

Пречишћавање аргона

Било да се користи криогена дестилација или ПСА, генерисани аргон обично садржи мале количине кисеоника, азота или водене паре. Да би се побољшала чистоћа аргона, обично су потребни даљи кораци пречишћавања:

Кондензација нечистоћа: Даље хлађење аргона да би се кондензовао и издвојиле неке нечистоће.

Адсорпција на молекуларном ситу: Коришћење високоефикасних адсорбера за молекуларно сито за уклањање трагова азота, кисеоника или водене паре. Молекуларна сита имају специфичне величине пора које могу селективно адсорбовати одређене молекуле гаса.

Технологија раздвајања мембрана: У неким случајевима, технологија мембране за одвајање гаса може се користити за одвајање гасова на основу селективне пермеације, чиме се додатно побољшава чистоћа аргона.

Мере предострожности за производњу аргона на лицу места

Безбедносне мере:

Криогена опасност: Течни аргон је изузетно хладно, а директан контакт са њим треба избегавати да би се спречиле промрзлине. Оператери треба да носе специјализовану криогену заштитну одећу, рукавице и наочаре.

Опасност од гушења: Аргон је инертан гас и може да истисне кисеоник. У затвореним просторима, цурење аргона може довести до смањења нивоа кисеоника, што резултира гушењем. Због тога, простори у којима се производи и складишти аргон морају бити добро проветрени, а системи за праћење кисеоника треба да буду инсталирани.

Одржавање опреме:

Контрола притиска и температуре: Опрема за производњу аргона захтева строгу контролу притиска и температуре, посебно у колони за криогену дестилацију и адсорпционим торњевима. Опрему треба редовно проверавати како би се осигурало да су сви параметри у нормалним границама.

Спречавање цурења: Пошто систем аргона ради под високим притиском и ниским температурама, интегритет заптивке је кључан. Гасоводе, спојеве и вентиле треба периодично проверавати како би се спречило цурење гаса.

Контрола чистоће гаса:

Прецизно праћење: Потребна чистоћа аргона варира у зависности од примене. Анализаторе гаса треба редовно користити да би се проверавала чистоћа аргона и осигурало да производ испуњава индустријске стандарде.

Управљање нечистоћама: Конкретно, у криогеној дестилацији, на одвајање аргона може утицати дизајн колоне за дестилацију, радни услови и ефикасност хлађења. Даље пречишћавање може бити неопходно у зависности од коначне употребе аргона (нпр. аргон ултра високе чистоће за електронску индустрију).

Управљање енергетском ефикасношћу:

Потрошња енергије: Криогена дестилација је енергетски интензивна, тако да треба уложити напоре да се оптимизују процеси хлађења и компресије како би се смањио губитак енергије.

Рекуперација отпадне топлоте: Савремени погони за производњу аргона често користе системе за рекуперацију отпадне топлоте да поврате хладну енергију произведену током процеса криогене дестилације, побољшавајући укупну енергетску ефикасност.

У индустријској производњи, аргон првенствено зависи од метода криогене дестилације и адсорпције са променама притиска. Криогена дестилација се широко користи за производња аргона великих размера због своје способности да обезбеди аргон веће чистоће. Посебна пажња је потребна током производње како би се осигурала сигурност, одржавање опреме, контрола чистоће гаса и управљање енергетском ефикасношћу.