Einführung
Eine kryogene Gasanlage ist eine Industrieanlage, die relativ hochreinen molekularen Sauerstoff, molekularen Stickstoff, Argon, Krypton, Helium und Xenon produziert. Da die Luft aus den häufigsten Gasen der Atmosphäre, Stickstoff (78 %), Sauerstoff (19 %) und Argon (1 %) besteht und der Rest aus Spurengasen besteht, trennt die Kaltgasanlage Luft in Destillationstürmen bei niedriger Temperatur (ca. 100 K / -173 Grad), um hochreine Gase wie Argon, Stickstoff, Sauerstoff usw. mit 1 ppm oder weniger zu erzeugen. Das Verfahren basierte auf der allgemeinen Theorie des Hampson-Linde-Luftzerlegungszyklus, der 1895 von Carl von Linde erfunden wurde.
Der Hampson-Linde-Zyklus
Der Hampson-Linde-Zyklus ist ein Gasverflüssigungsverfahren, das sich besonders für die Luftzerlegung eignet. William Hampson und Carl von Linde patentierten den Zyklus unabhängig voneinander im Jahr 1895: Hampson am 23. Mai 1895 und Linde am 5. Juni 1895. Der Hampson-Linde-Zyklus führt die regenerative Kühlung ein, bei der es sich um ein Kühlsystem mit positiver Rückkopplung handelt. Die Wärmetauschervorrichtung ermöglicht es, dass die absolute Temperaturdifferenz (z. B. 0,27 Grad / atmJT Luftkühlung) die einstufige Kühlung übersteigt, um die niedrige Temperatur zu erreichen, die für verflüssigtes „festes“ Gas erforderlich ist. Der Unterschied des Hampson-Linde-Zyklus zum Siemens-Zyklus liegt lediglich im Expansionsschritt. Der Siemens-Zyklus lässt das Gas externe Arbeit leisten, um seine Temperatur zu senken, während der Hampson-Linde-Zyklus vollständig auf dem Joule-Thomson-Effekt beruht; Dies hat den Vorteil, dass die kalte Seite der Kühleinheit die Teile nicht bewegt.
Zweck
Der Hauptzweck der Niedertemperatur-Stickstoffanlage besteht darin, Kunden mit hochreinem gasförmigem Stickstoff (GAN), flüssigem Stickstoff (LIN), flüssigem Argon (LAR) und hochreinem Argon (PLAR) zu versorgen und gleichzeitig Spurengase wie z Krypton, Xenon und Helium. Hochreine flüssige Stoffe (z. B. Sauerstoff oder Stickstoff) werden als strategische Reserven in lokalen Tanks gelagert. Diese Flüssigkeit kann verdampft werden, um den Spitzenbedarf zu decken, oder in Fabriken offline verwendet werden. Aufgrund ihrer geringen Größe werden Argon, Xenon und Helium normalerweise über Drucktanker oder LKWs direkt an Kunden verkauft. Typische Niedertemperatur-Stickstoffanlagen haben eine Größe von 200 Kubikfuß/Sehr große Anlagen mit 63 Tonnen Stickstoff pro Tag (z. B. die Cantarell-Ölfeldanlage in Mexiko).
Die kryogene Luftzerlegung liefert Sauerstoff mit einer Reinheit von mehr als 99,5 %. Die dabei entstehenden hochreinen Produkte können in den Gasflaschen gelagert werden. Diese Flaschen können sogar an Kunden in den Bereichen Medizin, Schweißen und Feld verteilt oder mit anderen Gasen gemischt als Atemgase für Taucher verwendet werden. Die Anlage produziert auch Stickstoff, der für die Ammoniakproduktion in der Düngemittelindustrie, die Floatglasherstellung, petrochemische Zwecke, Spülgas, Amingasaufbereitung, Lagerdichtungsgas und die Polyesterherstellung verwendet wird.
Das entstehende Argongas kann in der Halbleiter-, Fertigungs- und Photovoltaikfertigung verwendet werden.
Anwendung von hochreinem Sauerstoff
Industriekreis
Während des Metallschneide- und Schweißprozesses kann die Verwendung von hochreinem Sauerstoff die Verbrennungseffizienz und Wärme verbessern und so die Schweißqualität sicherstellen.
Medizinischer Bereich
Hochreiner Sauerstoff wird bei der Behandlung von Atemwegserkrankungen wie chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) und Lungenentzündung eingesetzt, um Patienten zusätzlich mit Sauerstoff zu versorgen. Darüber hinaus kann die Bereitstellung von hochreinem Sauerstoff während chirurgischer Eingriffe den Anästhesie- und Genesungsprozess unterstützen.
Umweltschutz
Bei der Abwasserbehandlung kann die Verwendung von hochreinem Sauerstoff den Abbau organischer Stoffe fördern und die Behandlungseffizienz verbessern. In einigen stark verschmutzten Umgebungen kann die Verwendung von hochreinem Sauerstoff auch die Luftqualität verbessern und zur Reduzierung von Schadstoffen beitragen.
Elektronische Fertigung
Bei der Herstellung von Halbleiter- und Elektronikprodukten wird hochreiner Sauerstoff in Herstellungsprozessen verwendet, um die Umgebung zu kontrollieren und die Produktqualität zu verbessern.
Luft- und Raumfahrt
In Raum- und Höhenflugzeugen wird hochreiner Sauerstoff bereitgestellt, um die Lebenserhaltung von Astronauten und Piloten sicherzustellen.
Metallurgie
Im Schmelzprozess wird hochreiner Sauerstoff verwendet, um die Schmelzeffizienz zu verbessern und die Qualität und Leistung von Stahl zu verbessern.
Anwendung von hochreinem Stickstoff
Industriekreis
Hochreiner Stickstoff wird als Schutzgas beim Metallschweißen und -schneiden verwendet, um Oxidation und andere nachteilige Reaktionen zu verhindern. Beispielsweise wird es häufig beim Aluminiumschweißen und Titanschweißen verwendet.
Elektronische Fertigung
Bei der Herstellung von Halbleiterchips wird hochreiner Stickstoff verwendet, um eine saubere Produktionsumgebung zu schaffen, die Oxidation und Kontamination verhindert. Bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen (IC) und anderen elektronischen Bauteilen wird hochreiner Stickstoff verwendet, um die Atmosphäre zu kontrollieren und die Kontamination empfindlicher Materialien zu reduzieren.
Pharmazeutische Industrie
Hochreiner Stickstoff wird als Inertgasschutz bei der Arzneimittelproduktion verwendet, um unerwünschte Reaktionen mit Luftsauerstoff während des Produktionsprozesses zu vermeiden.
Essen und Getränke
Bei Lebensmittel- und Getränkeverpackungen wird hochreiner Stickstoff in Gasverpackungen verwendet, um den Sauerstoff in der Verpackung zu ersetzen, die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern und die Frische des Produkts aufrechtzuerhalten.
Gasdynamik und Tests
Bei Gasdynamikexperimenten und Gasanalysen dient hochreiner Stickstoff als Kontrollgas oder Nullgas, um genaue Testbedingungen bereitzustellen.
FAQ
Probleme im Zusammenhang mit der Niedertemperaturgasanlage:
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