Прoизвoдcтвo азoта и киcлoрoда, ширoкo иcпoльзуемых cегoдня как в газooбразнoм, так и жидкoм cocтoянии на cамых различных предприятиях, мoжнo oрганизoвать прямо на меcте их потребления. Технологичеcки это довольно проcто, причем иcпользуетcя абcолютно беcплатное cырье – атмоcферный воздух. К тому же потребитель cможет полноcтью иcключить поcреднические и транспортные услуги по поставке этих необходимых производству компонентов. А требуемую чистоту компонентов надежно обеспечит воздухоразделительная установка.
Про широту применения здесь сказано далеко не для красного словца. Достаточно высокая потребность в использовании жидких или газообразных азота и кислорода характерна для автогенной резки, многих технологических процессов в фармацевтической и пищевой, силикатной и целлюлозно-бумажной промышленности. Указанные компоненты также активно используются при переработке сточных вод, рыборазведении и питании озонаторных установок, сжигании твердых отходов и т.д.
Что хотим иметь?
По технологии воздухоразделительные установки подразделяются на мембранные, адсорбционные и криогенные. В первых, которые еще называют азотными или половолоконными, сжатый воздух преодолевает череду мембран, состоящих из множества полых волокон. Кислороду такая стенка не преграда, и он элементарно разлетается наружу, зато азот следует по ограниченному волокнами коридору до конца. В итоге на выходе из мембранной колонны получаем сжатый газообразный азот, максимальная чистота которого может достигать порядка 99,95%.
Особо подчеркнем – это лишь максимальное значение, показатели могут быть и ниже. Т.е. установка обеспечивает не самую высокую чистоту азота, хотя и вполне допустимую для очень многих применений. К достоинствам технологии отнесем ее крепкую надежность, большой срок службы, а также непритязательность в обслуживании. При желании установку можно применять и как обычный воздушный компрессор.
Адсорбционный способ разделения будет посложнее. Здесь воздух под давлением попадает в камеру, заполненную адсорбентом, который охотно впитывает кислород. Соответственно, на выходе из камеры имеем опять же азот. Но его гарантированная чистота составляет до 99,9995%, что ощутимо выше, как нетрудно заметить, в сравнении с мембранной технологией.
А поскольку это т.н. короткоцикловая адсорбция (КЦА), то, когда адсорбент полностью насытится кислородом, поступающий извне воздух автоматически перезапускается в другую аналогичную камеру. Первая в то же самое время продувается для удаления кислорода, чтобы быть готовой к следующему циклу. Необходимость, как минимум, двух камер превращает установку в довольно громоздкий агрегат. Это, в свою очередь, делает ее недостаточно мобильной и сложной в обслуживании. Хотя, помимо высокой чистоты получаемого газа, есть и еще один плюс – низкое энергопотребление.
Используем заморозку
Куда как большей универсальностью отличаются криогенные установки. В них, как говорится, на всю катушку используется тот принцип, что компоненты атмосферного воздуха (азот, кислород и др.) переходят в сжиженное состояние при весьма различающихся между собой уровнях замораживания. Соответственно, охлаждая воздух до разных температур, из него можно последовательно получать и разные его составляющие, причем в жидком виде.
Плюсы такого метода очевидны. Во-первых, имея рычаги управления, т.е. четко устанавливая требуемую температуру заморозки, получаем очень чистый продукт (азот – до 99,9999%). Во-вторых, есть возможность получения нескольких продуктов. И наконец, большая производительность. Но есть и существенный минус. К нему отнесем большие размеры оборудования. Ведь в чистом виде криогенная установка – это, скорее, комплекс сооружений. И тем не менее, помимо предложенного здесь варианта, криогенная станция может использоваться для обслуживания сельскохозяйственных регионов, на стройках, нефте- и газопромыслах, для аэродромного обеспечения летательных аппаратов, в медицине, биологии и т.д.
При общности метода воздухоразделения (глубоким охлаждением) сама очистка газов в различных моделях криогенных станций может происходить по-разному. Получаемые на выходе продукты – жидкий технический кислород II сорта (или жидкий медицинский кислород), газообразный технический кислород II сорта (или газообразный медицинский кислород), жидкий технический азот I сорта и газообразный технический азот I сорта. Все криогенные установки четырехрежимные: каждый из режимов обеспечивает получение какого-то одного продукта в газообразном или жидком виде.
Исполнение
Теперь рассмотрим конструктивные особенности криогенных установок на примере различных моделей. Например, воздухоразделительные установки ВРУ, АжКж выпускаются производителем в модульном исполнении. Все оборудование располагается в двух компактных транспортабельных блоках с габаритными размерами 9×3×2,4 м.
Контейнерные модификации МКДС-100К (мобильная кислородоазотодобывающая станция) и АКДС-70М конструктивно состоят из компрессорного и технологического отделений, соединенных коммуникациями. Компрессорное отделение предназначено для получения сжатого до 19,6 МПа (200 кгс/см2) воздуха; технологическое – для последующих осушки, очистки, сжижения и разделения воздуха на азот и кислород.
Оборудование каждого отделения размещено в цельнометаллических фургонах-контейнерах, оснащенных электрическим отоплением и вытяжной вентиляцией. Станция готова для эксплуатации практически сразу после доставки заказчику.
Установки типа МКДС могут питаться как от сети переменного трехфазного тока 220/380 В, 50 Гц, так и от передвижной дизельной электростанции, которая может входить в комплект поставки. Станции МКДС размещаются на открытом воздухе, на площадке с легким бетонным покрытием или плотным грунтом.
Безопасный уровень работы станции гарантирует надежная система контроля и управления. Она оснащена всей необходимой предохранительной арматурой, датчиками блокировок и аварийных остановок. Это обеспечивает простоту и надежность в эксплуатации. Отдельно отметим, что допускается кратковременная (до восьми часов) остановка станции без предварительного отогрева перед повторным пуском. Станция спокойно переносит перепад температур наружного воздуха от –45 до +40°C, т.е. может использоваться в различных климатических зонах.
К немаловажным преимуществам станций можно отнести долговечность (срок службы 15 лет), малое удельное потребление электроэнергии (себестоимость потраченной электроэнергии пересчете на один баллон готового продукта – 20 руб.). Подчеркнем и невысокую стоимость готового продукта. Например, стоимость кислорода составляет около 2–3 руб. за 1 м³.
Применение
Как уже говорилось выше, область использования продуктов воздухоразделения весьма обширна. Так что для иллюстрации приведем всего один, но довольно убедительный пример.
Всем когда-нибудь приходилось что-то красить, в т.ч. и с применением очень удобных для этого дела краскопультов. Так что для нас вовсе не является открытием тот факт, что для распыления краски традиционно используется сжатый воздух. А вот компания Eurosider, выпускающая установки Nitrothermspray, предлагает активно применять для той же цели азот. В поставляемом ею оборудовании выделяемый из воздуха азот еще и нагревается, а также ионизируется. И тогда покраска приобретает ряд ощутимых преимуществ.
Компоненты краски не вступают в контакт с азотом (в отличие от распыления воздухом), попадая на окрашиваемую поверхность практически в своем исходном состоянии. Ведь азот уже по своей природе представляет собой газ, лишенный паров влаги, что значительно облегчает процесс окрашивания. Кроме того, азот практически не подвержен загрязнению такими элементами, как вода, масла и сопутствующие летучие субстанции, содержащиеся в обычном воздухе.
Т.е. нанесенная с помощью азота краска не содержит в себе посторонних примесей в виде влаги воздуха и других взвесей. На практике это выражается в большем сроке службы покраски. Окрашенная поверхность заметно лучше блестит, стойко переносит внешние воздействия.
Благодаря тому, что азот из установки Nitrothermspray ионизирован, краска ложится на поверхность идеально ровным слоем, что делает саму покраску не только эффективной, но и экономной. А возможность регулировки температуры газового потока позволяет легко настроить систему под разные типы краски. Кроме того, этим достигается заметная экономия растворителя.
Еще несколько тезисов в пользу технологии от Eurosider. Улучшается качество работы независимо от подготовки маляра. Увеличивается коэффициент переноса краски, снижается риск избыточного распыления и перенапыла. Начиная от 50% сокращается использование растворителей, что автоматически снижает выброс летучих органических соединений. Производительность покрасочных работ увеличивается минимум на 40%, одновременно уменьшается время сушки.
Использование азота при кузовной окраске представляется реальным, т.к. система, запатентованная фирмой Eurosider, производит азот непосредственно на месте его применения с низкими показателями себестоимости.
Собственность помогает
Собственные установки для получения азота и кислорода позволяют потребителям этой продукции отказаться от ненадежных, трудоемких и дорогостоящих закупок азота и кислорода у сторонних производителей. Особенно актуально самообеспечение азотом и кислородом для потребителей, расположенных вдали от специализированных предприятий по выработке технических газов, – они полностью избавляются от рисков, связанных с несвоевременными или недостаточными поставками.
Владимир Баранов
