Получение аргона путем двойной ректификации воздуха
Аргон по летучести занимает промежуточное положение между азотом и кислородом — основными компонентами воздуха. Этим и объясняется специфическое поведение аргона при ректификации жидкого воздуха. Окончательное разделение жидкого воздуха на азот и кислород производится в колонне низкого давления воздухоразделительного аппарата. Дистиллятом этой колонны является газообразный азот, а нижним продуктом — газообразный или жидкий кислород.
Схема аппарата двойной ректификации воздуха
- колонна высокого давления
- колонна низкого давления
- промежуточный койденсатор-испаритель
В верхней части колонны низкого давления аргон выступает в роли тяжелолетучего (по сравнению с азотом) компонента, а в нижней части — легколетучего (по сравнению с кислородом). Этим объясняется существование в колонне низкого давления зон повышенной концентрации аргона в обеих секциях колонны — концентрационной (выше ввода жидкости из куба колонны высокого давления) и отгонной (ниже ввода). На распределение аргона по тарелкам ректификационной колонны низкого давления сильно влияет сопутствующий ему третий компонент — кислород. Содержание аргона в зоне повышенной концентрации верхней секции колонны возрастает по мере уменьшения содержания кислорода в дистилляте при неизменном составе продукционного кислорода (этого можно достичь увеличением числа тарелок в колонне).
Постройка бизнеса с нуля на сварке Аргоном
Процесс получения аргона
Схематично процесс добычи аргона описывается следующим образом. Вначале воздух очищается от пыли и сжимается до сжижения. Жидкий воздух подвергается ректификации с целью разделения его на составные части. Получающаяся аргоно-азотно-кислородная смесь (сырой аргон) затем очищается от кислорода и азота.
Разделение воздуха и попутное извлечение из него аргона в промышленном масштабе осуществляется путем сжижения и ректификации при низкой температуре.
Жидкий кислород под давлением 101 кПа кипит при температуре -182,9°С, а жидкий азот — при температуре -195,8°С. Поэтому пары жидкого воздуха при кипении обогащаются легкокипящим азотом, температура кипения которого почти на 13°С ниже, чем у кислорода. Одновременно происходит обогащение кипящей жидкости кислородом.
Благодаря этому, в ректификационной разделительной колонке, где непрерывно кипит жидкий воздух и конденсируются его пары, удается получить одновременно кислород (в нижней части) и азот — (в верхней части). Большая часть жидкого аргона, температура кипения которого -185,3°С, скапливается в средней части колонки, откуда в смеси с кислородом и азотом отводится (так называемая аргонная фракция) в специальную аргонную колонну, смонтированную вместе с воздухораспределительным аппаратом. Здесь аргонная фракция (содержащая 8-12% аргона, 0,2-0,3% азота, остальное — кислород) подвергается дополнительной ректификации и обогащается аргоном до 85-95% (остальные 15-5% составляет смесь азота и кислорода). Этот продукт называют сырым аргоном, из него на последующих этапах очистки получают чистый Ar.
Сварка аргоном №1. Как заработать деньги.
Присоединение аргонной колонны к аппарату двойной ректификации воздуха
- воздухоразделительный аппарат
- аргонная колонка
- переохладитель
Способы очищения аргона
Водяной пар, полученный в результате соединения водорода с кислородом в контактном аппарате, конденсируют в холодильнике и удаляют через влагоотделитель, после чего газ осушают. Полученная смесь аргона с азотом подвергается ректификации по схеме, которая аналогична применяемой при ректификации воздуха. При этом используется насос для жидкого аргона, что позволяет избежать загрязнения чистого газа при его сжатии и заполнении баллонов. При помощи компрессора смесь аргона и азота сжимается и через ресивер подается в блок адсорбционной осушки, где из нее удаляются остатки влаги. После этою через теплообменник смесь поступает в ректификационную колонку, где охлаждается до температуры сжижения выходящими из колонки продуктами разделения — азотом и аргоном.
Для обеспечения условий ректификации и восполнения потерь холода в ректификационную колонку подают жидкий азот и парообразную кислородно-азотную смесь из основного воздухоразделительного аппарата. Чистый Ar собирается в нижней части колонки, а «отбросный» азот отводится в атмосферу из верхней части колонки через теплообменник.
Существуют и другие способы его получения, например при производстве синтетического аммиака. Его получают при синтезе азотно-водородной смеси в колонках. В продувочном газе содержится 10-19% аргона, и именно из этого газа его и извлекают.
Считается, что аргон, выделенный при производстве аммиака, имеет более низкую себестоимость.
В любом случае качество газа зависит от совершенства систем очистки и от точности определения малых примесей азота, кислорода, водорода и паров воды в аргоне.
Источник: weldering.com
Получение аргона: особенности технологии и применение технического газа
Аргон является одним из наиболее распространенных химических элементов, представленных в атмосфере планеты Земля, занимая третье место после азота и кислорода. В то же время получение аргона – это ответственный и сложный с технологической точки зрения процесс, справиться с которым могут только настоящие профессионалы. Его особенность заключается в том, что в сфере промышленности этот инертный газ получают путем разделения воздуха на азот и O2.
Но есть и определенная сложность – температура кипения этого вещества находится между температурами кипения этих двух газов. Если быть более точным, то она менее чем на 3 градуса отличается от значения, при котором происходит закипание O2. Из-за этого разделить две фракции ректификационным методом невероятно сложно. Ведь Ar будет просто распределяться между другими веществами-компонентами воздуха, присоединяясь к кислороду в большинстве случаев.
Но широкое распространение Ar и его востребованность в самых различных сферах деятельности заставили человечество разрабатывать все более новые способы и технологические методы, позволяющие сделать процесс получения аргона более простым, удобным и эффективным. При этом многие из них связаны с получением технических газов, прошедших глубокую очистку (по теме особо чистых газообразных веществ вы можете прочитать наш отдельный материал).
Что представляет собой аргон?
Это одноатомный инертный газ, который не имеет какого-либо запаха, цвета и вкуса. Он является одним из основных компонентов воздуха, а также в больших количествах содержится в атмосфере нашей планеты. Температура его кипения составляет минус 185.9 градусов по Цельсию, при этом такая отметка находится очень близко от отметки кипения O2. Следует обратить внимание, что, находясь в воздухе в больших концентрациях, он может быть опасен для человека, так как вытесняет кислород и приводит к проявлению симптомов кислородного голодания.
Согласно государственным стандартам (ГОСТ) находящийся в газообразном состоянии Ar должен храниться и транспортироваться в специально предназначенных для этого газовых баллонах, сделанных с применением стального сплава. Чистое вещество должно находиться в емкостях, обладающих соответствующим окрасом и маркировкой – баллон серого цвета с зеленой надписью: «Аргон чистый».
В каких сферах его применяют?
С каждым годом Ar становится все более популярным и востребованным. Уникальный по своим свойствам инертный газ применяется в различных сферах деятельности человека, к которым можно отнести:
- Использование лазерного оборудования – он является обязательным элементом системы лазера.
- Производство источников света. В первую очередь к ним следует отнести классические лампы накаливания, внутреннее пространство которых заполняется Ar (в итоге это позволяет максимально повысить эксплуатационные характеристики такой лампочки).
- Изготовление пластиковых окон. Его используют для заполнения пространства внутри стеклопакета, что значительно увеличивает теплоизоляционные качества готовой оконной конструкции.
- Работу газовых систем для тушения пожаров. Одноатомный газ является одним из основных компонентов, используемых в огнетушительных установках (подробнее прочесть об использовании систем газового пожаротушения вы можете здесь).
- Применение в сфере пищевой промышленности. Здесь он встречается в качестве распространенной пищевой добавки, а также при создании особой среды или упаковки, позволяющей продлить срок службы различных продуктов питания.
Отдельно следует отметить аргоновую сварку – технологию, позволяющую выполнять работы по свариванию различных металлов и неметаллов. В этом случае Ar выступает в качестве основного компонента для создания специальной защитной среды, в том числе при применении метода дуговой, контактной или лазерной сварки. Сотрудникам автомобильных сервисов может быть интересна наша статья, которая посвящена сварке литых дисков с использованием аргоновой сварки.
Как получают аргон в промышленных условиях?
Отвечая на вопрос о том, как получают аргон, следует отметить, что это достаточно непростая задача. Чаще всего для этого применяют технологию низкотемпературной ректификации воздуха, в процессе которой происходит разделение воздуха на разные фракции – O2 и азот. При этом сам Ar добывают в качестве побочного продукта.
Суть технологии заключается в том, что при ректификации Ar улетучивается и поднимается вверх по колоне вслед за азотом. Под воздействием низких температур он превращается в конденсат и опускается вниз. После этого из аппарата отводят так называемую аргонную фракцию. Это смесь, основную часть которой составляет кислород, в то время как процент Ar в ней обычно не превышает 12% (также такая фракция может содержать до 0.5% азота).
Затем в процессе получения аргона фракцию снова подвергают ректификации по аналогичной технологии в результате чего получают «сырой аргон». Находясь в виде пара, он может содержать от 75% до 95% чистого вещества. После этого сырой продукт подвергают очистке путем введения в него H2 и специального катализатора, в результате чего содержащийся в смеси кислород затрачивается на окисление водорода.
схема сепарационной установки
Выводы о применении и получении аргона
Ar является одним из самых распространенных газов, который в то же время очень непросто получить в чистом виде. Его добывают несколькими способами, а впоследствии используют в различных сферах деятельности человека, в том числе на производстве, при проведении сварочных работ или в лазерных установках.
Источник: xn--80affkvlgiu5a.xn--p1ai
Криогенные установки производства азота, кислорода и аргона
Крупные криогенные установки, предназначенные для комплексного извлечения из воздуха азота, кислорода, аргона и смесей других газов путем низкотемпературной ректификации. Криогенные системы позволяют производить в промышленных масштабах газы, такие как азот, кислород и аргон.
- Главная
- Продукция
- Криогенные установки
- Криогенные установки производства азота, кислорода и аргона
Установки с извлечением нескольких газов из воздуха наиболее востребованы в тех случаях, если на предприятии в технологических процессах используется несколько газов. Криогенная технология — единственная из технологий разделения воздуха, с помощью которой возможно получения атмосферных газов высокой чистоты. Криогенные системы позволяют получать азот чистотой до 99,9999%, кислород чистотой до 99,95%, аргон чистотой до 99,9999%.
Внешний вид продукции
Производительность, м³/ч до 100 000
Чистота азота,% до 99,9999
Чистота кислорода,% до 99,95
Чистота аргона,% до 99,9999
Давление, МПа до 20
Температура точки росы, °С −60…−70
Условия эксплуатации, °С от -45 до +40
Ресурс работы установки, тыс. часов 150-250
Чистота азота, % 95—99,9999
Объемный выход газовой смеси, м³/ч* 100—90 000
Давление, атм 5—200
Точка росы, °С −60…−70
Преимущество криогенной установки по производству азота, кислорода и аргона также заключается в возможности газа в двух агрегатных состояниях: газообразном и жидком. С помощью альтернативных технологий, мембранной и адсорбционной, можно получать только газообразные продукты разделения воздуха.
Источник: www.grasys.ru