תיאור

פרמטרים טכניים

מָבוֹא

מפעל גז קריוגני הוא מתקן תעשייתי המייצר חמצן מולקולרי בטוהר גבוה יחסית, חנקן מולקולרי, ארגון, קריפטון, הליום וקסנון. מכיוון שהאוויר מורכב מהגז הנפוץ ביותר באטמוספרה, חנקן (78%), חמצן (19%) וארגון (1%), והשאר מורכב מגז קורט, מפעל הגז הקר מפריד אוויר במגדלי זיקוק בטמפרטורה נמוכה (כ-100 K / -173 מעלות) כדי לייצר גזים ברמת טוהר גבוהה, כגון ארגון, חנקן, חמצן וכו', עם 1ppm או פחות. התהליך התבסס על התיאוריה הכללית של מחזור הפרדת האוויר המפסון-לינד, שהומצא על ידי קרל פון לינד ב-1895.

מחזור המפסון-לינד

מחזור המפסון-לינד הוא תהליך הנזלת גז המתאים במיוחד להפרדת אוויר. וויליאם המפסון וקרל פון לינד רשמו באופן עצמאי על המחזור בשנת 1895: המפסון ב-23 במאי, 1895, ולינד ב-5 ביוני 1895. מחזור המפסון-לינד מציג קירור רגנרטיבי, שהוא מערכת קירור משוב חיובי. התקן מחליף החום מאפשר להפרש הטמפרטורה המוחלט (לדוגמה 0.27 מעלות / atmJT קירור אוויר) לחרוג מקירור שלב אחד כדי להגיע לטמפרטורה הנמוכה הנדרשת לגז "קבוע" נוזלי. ההבדל של מחזור המפסון-לינד ממחזור סימנס טמון רק בשלב ההרחבה. מחזור סימנס מאפשר לגז לבצע עבודה חיצונית כדי להפחית את הטמפרטורה שלו, בעוד שמחזור המפסון-לינד מסתמך כולו על אפקט ג'ול-תומסון; יש לכך יתרון שהצד הקר של יחידת הקירור אינו מזיז את החלקים.

מַטָרָה

המטרה העיקרית של מפעל חנקן בטמפרטורה נמוכה היא לספק ללקוחות חנקן גזי (GAN), חנקן נוזלי (LIN), ארגון נוזלי (LAR) וארגון בטוהר גבוה (PLAR), תוך הפקת גזי קורט כגון קריפטון, קסנון והליום. חומרים נוזליים בטוהר גבוה (למשל חמצן או חנקן) מאוחסנים במיכלים מקומיים כמאגרים אסטרטגיים. ניתן לאדות את הנוזל הזה כדי לעמוד בביקוש שיא או להשתמש בו במפעלים במצב לא מקוון. בשל גודלם הקטן, ארגון, קסנון והליום נמכרים בדרך כלל ישירות ללקוחות באמצעות מכליות לחץ או משאיות. צמחי חנקן טיפוסיים בטמפרטורה נמוכה נעים בין 200 רגל מעוקב^/מפעלים גדולים מאוד עם 63 טון חנקן ליום (כמו מפעל שדה הנפט קנטרל במקסיקו).

הפרדת אוויר קריוגנית מניבה חמצן של יותר מ-99.5% טוהר. ניתן לאחסן את המוצרים בעלי הטוהר הגבוה המתקבל בבלוני הגז. ניתן אפילו לחלק את הצילינדרים הללו ללקוחות בתחום הרפואה, הריתוך, השדות, או לערבב אותם עם גזים אחרים לשימוש כגזי נשימה לצלילה. המפעל מייצר גם חנקן, המשמש לייצור אמוניה בתעשיית הדשנים, ייצור זכוכית צפה, למטרות פטרוכימיות, גז טיהור, טיפול בגז אמין, גז איטום נושאות וייצור פוליאסטר.

גז הארגון המתקבל יכול לשמש מוליכים למחצה, ייצור וייצור פוטו-וולטאיים.

יישום של חמצן בטוהר גבוה

מעגל תעשייתי

במהלך תהליך חיתוך מתכת וריתוך, השימוש בחמצן בטוהר גבוה יכול לשפר את יעילות הבעירה והחום, ולהבטיח את איכות הריתוך.

תחום רפואי

חמצן בטוהר גבוה משמש בטיפול במחלות בדרכי הנשימה, כגון מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD) ודלקת ריאות, כדי לספק תמיכה חמצן נוספת לחולים. בנוסף, אספקת חמצן בטוהר גבוה במהלך פרוצדורות כירורגיות יכולה לתמוך בתהליך ההרדמה וההחלמה.

הגנת הסביבה

בתהליך של טיפול בשפכים, השימוש בחמצן בטוהר גבוה יכול לקדם את פירוק החומר האורגני ולשפר את יעילות הטיפול. בכמה סביבות מזוהמות מאוד, השימוש בחמצן בטוהר גבוה יכול גם לשפר את איכות האוויר ולעזור להפחית מזהמים.

ייצור אלקטרוני

בייצור מוליכים למחצה ומוצרים אלקטרוניים, נעשה שימוש בחמצן בטוהר גבוה בתהליכי ייצור כדי לשלוט בסביבה ולשפר את איכות המוצר.

תעופה וחלל

בחלליות ובמטוסים בגובה רב, חמצן בטוהר גבוה מסופק כדי להבטיח תמיכת חיים הן לאסטרונאוטים והן לטייסים.

מֵטַלוּרגִיָה

בתהליך ההיתוך נעשה שימוש בחמצן בטוהר גבוה כדי לשפר את יעילות ההיתוך ולשפר את האיכות והביצועים של הפלדה.

יישום חנקן בטוהר גבוה

מעגל תעשייתי

חנקן בטוהר גבוה משמש כהגנה על גז אינרטי במהלך ריתוך וחיתוך מתכת כדי למנוע חמצון ותגובות שליליות אחרות. לדוגמה, הוא נפוץ בריתוך אלומיניום וריתוך טיטניום.

ייצור אלקטרוני

במהלך ייצור שבבי מוליכים למחצה, נעשה שימוש בחנקן בטוהר גבוה ליצירת סביבת ייצור נקייה המונעת חמצון וזיהום. בייצור של מעגלים משולבים (IC) ורכיבים אלקטרוניים אחרים, נעשה שימוש בחנקן בטוהר גבוה לשליטה באטמוספרה ולהפחתת הזיהום של חומרים רגישים.

תעשיית התרופות

חנקן בטוהר גבוה משמש כדי לספק הגנה על גז אינרטי בייצור תרופות כדי למנוע תגובות שליליות עם חמצן באוויר במהלך תהליך הייצור.

אוכל ושתייה

באריזות מזון ומשקאות נעשה שימוש בחנקן בטוהר גבוה באריזות גז, מחליף את החמצן באריזה, מאריך את חיי המדף של המזון ושומר על טריות המוצר.

דינמיקה של גז ובדיקות

בניסויים דינמיים של גז וניתוח גזים, חנקן בטוהר גבוה פועל כגז בקרה או גז אפס כדי לספק תנאי בדיקה מדויקים.

שאלות נפוצות

בעיות הקשורות למפעל הגז בטמפרטורה נמוכה:

ש: אילו גזים מיוצרים בעיקר על ידי מפעל הגז בטמפרטורה נמוכה?

ת: מפעל הגז בטמפרטורה נמוכה מייצר בעיקר חמצן נוזלי (LOX), חנקן נוזלי (LN 2), ארגון נוזלי (LAr) והליום נוזלי (LHe). גזים אלו הופכים לנוזלים בטמפרטורות נמוכות לאחסון ושינוע קלים.

ש: כיצד מיוצר הגז בטמפרטורה נמוכה?

ת: גז קר מיוצר על ידי קירור והפרדת הרכיבים באוויר. טכנולוגיית הפרדת אוויר כוללת בדרך כלל את השלבים של דחיסה, קירור, התפשטות וזיקוק כדי להפריד את האוויר למרכיביו העיקריים (חנקן, חמצן, ארגון וכו'), אשר לאחר מכן מקוררים עוד יותר כדי להפוך למצב נוזלי.

ש: מהן הדרישות לאחסון והובלה של גזים נוזליים?

ת: גזים נוזליים מאוחסנים בדרך כלל במיכלי אחסון קריוגניים ייעודיים השומרים על סביבת טמפרטורה נמוכה ומונעים גיזוז. בעת הובלת גז נוזלי, יש להשתמש במכל קריוגני מיוחד או במיכל על מנת להבטיח שהגז לא יתאדה במהלך ההובלה, וכי יש להקפיד על תקנות הבטיחות התחבורה הרלוונטיות.

ש: מה ההבדל בין חמצן נוזלי, חנקן נוזלי וארגון נוזלי?

ת: חמצן נוזלי (LOX), חנקן נוזלי (LN 2) וארגון נוזלי (LAr) הם הצורות הנוזליות של חמצן, חנקן וארגון בטמפרטורות נמוכות, בהתאמה. ההבדלים העיקריים הם בתכונות הכימיות שלהם וביישומים:
חמצן נוזלי: משמש בעיקר לטיפול רפואי, הנעת רקטות ותעשיית הפלדה.
חנקן נוזלי: הוא משמש לקירור, הגנה על גזים והקפאת מזון.
ארגון נוזלי: משמש לייצור פלדה, ריתוך וניסויים בפיסיקה בטמפרטורה נמוכה.

ש: כיצד להבטיח את איכות הגז בטמפרטורה נמוכה?

ת: בדיקת חומרי גלם: ערוך בדיקת איכות של האוויר או חומרי גלם אחרים הנכנסים למפעל הגז כדי לוודא שאין זיהום.
בקרת תהליך ייצור: בקרת קפדנית על הטמפרטורה, הלחץ והטוהר בתהליך הייצור כדי להבטיח שהגז המופק עומד בתקנים.
תחזוקה ובדיקה שוטפת: ערכו תחזוקה ובדיקה שוטפת של הציוד על מנת להבטיח את פעולתו התקינה ומניעת בעיות איכות.

תגיות פופולריות: מפעל גז קריוגני, יצרנים, ספקים של מפעלי גז קריוגני