محطة الغاز المبرد
محطة الغازات المبردة هي منشأة صناعية تُنتج الأكسجين الجزيئي ، والنيتروجين الجزيئي ، والأرجون ، والكريبتون ، والهيليوم ، والزينون بنقاوة عالية نسبيًا. [ 1 ] ولأن الهواء يتكون من النيتروجين، وهو الغاز الأكثر شيوعًا في الغلاف الجوي، بنسبة 78%، والأكسجين بنسبة 19%، والأرجون بنسبة 1%، مع وجود غازات ضئيلة تُشكل النسبة المتبقية، فإن محطات الغازات المبردة تفصل الهواء داخل عمود تقطير عند درجات حرارة منخفضة جدًا (حوالي 100 كلفن / -173 درجة مئوية) لإنتاج غازات عالية النقاوة مثل الأرجون، والنيتروجين، والأكسجين، وغيرها الكثير، بنسبة شوائب لا تتجاوز جزءًا واحدًا في المليون. وتعتمد هذه العملية على النظرية العامة لدورة هامبسون-ليند لفصل الهواء ، التي ابتكرها كارل فون ليند عام 1895.
غاية
يتمثل الهدف الرئيسي لمحطات النيتروجين المبرد في تزويد العملاء بغاز النيتروجين عالي النقاء (GAN)، والنيتروجين السائل (LIN)، والأرجون السائل (LAR)، والأرجون عالي النقاء PLAR [ 2 ] ، بالإضافة إلى استخلاص الغازات النزرة مثل الكريبتون والزينون والهيليوم. تُخزن المواد السائلة عالية النقاء، كالأكسجين أو النيتروجين، المنتجة في محطات التبريد في خزانات محلية وتُستخدم كاحتياطي استراتيجي. يمكن تبخير هذا السائل لتغطية ذروة الطلب أو لاستخدامه عند توقف المحطة عن العمل. يُباع الأرجون والزينون والهيليوم عادةً للعملاء مباشرةً في صهاريج أو شاحنات ذات ضغط عالٍ نظرًا لصغر حجمها. [ 3 ] تتراوح طاقة محطات النيتروجين المبرد النموذجية من 200 قدم مكعب /ساعة إلى محطات ضخمة جدًا تصل طاقتها الإنتاجية اليومية إلى 63 طنًا من النيتروجين (كما هو الحال في محطة حقل كانتاريل في المكسيك).
تُحقق عملية فصل الهواء المبردة أكسجينًا عالي النقاء بنسبة تزيد عن 99.5%. ويمكن تخزين المنتج عالي النقاء الناتج كسائل أو تعبئته في أسطوانات . ويمكن توزيع هذه الأسطوانات على العملاء في القطاع الطبي، أو استخدامها في اللحام، أو مزجها مع غازات أخرى لاستخدامها كغاز تنفس للغوص . كما يُنتج المصنع النيتروجين الذي يُستخدم في إنتاج الأمونيا لصناعة الأسمدة ، وصناعة الزجاج المصقول ، والاستخدامات البتروكيماوية ، وغاز التنقية، ومعالجة غاز الأمين، وغاز منع التسرب للمحامل ، وصناعة البوليستر .
يمكن استخدام غاز الأرجون الناتج في تصنيع أشباه الموصلات [ 5 ] وتصنيع الخلايا الكهروضوئية . [ 6 ]
وحدات المصنع
يتكون مصنع التبريد العميق من العناصر التالية:
حاوية الطرف الدافئ (W/E)
- ضاغط
- جهاز استقبال الهواء
- مبرد ( مبادل حراري )
- مرشح مسبق
- وحدة تنقية الهواء (APU)
صندوق التبريد
- المبادل الحراري الرئيسي
- غلاية
- عمود التقطير
- توربين فرامل التمدد
تخزين
- خزان الأكسجين السائل
- جهاز تبخير
- محطة تعبئة الوقود
كيف يعمل النبات
عملية الطرف الدافئ
يتم ترشيح الهواء الجوي بشكل مبدئي وضغطه بواسطة ضاغط، مما يوفر ضغط المنتج اللازم لتوصيله إلى العميل. وتعتمد كمية الهواء المسحوب على حاجة العميل للأكسجين.
يستقبل خزان الهواء المكثفات ويقلل من انخفاض الضغط. يخرج الهواء الجاف والمضغوط إلى مبادل حرارة المبرد بدرجة حرارة تبلغ حوالي 10 درجات مئوية.
لتنقية هواء العملية بشكل أكبر، توجد مراحل ترشيح مختلفة . أولاً، تتم إزالة المزيد من المكثفات، ثم يعمل مرشح التجميع كمرشح جاذبية، وأخيراً يقوم جهاز امتصاص مملوء بالكربون المنشط بإزالة بعض الهيدروكربونات .
آخر وحدة معالجة في حاوية الطرف الدافئ هي وحدة امتصاص الغازات بالتأرجح الحراري (TSA). تقوم وحدة تنقية الهواء بتنظيف هواء العملية المضغوط عن طريق إزالة أي بخار ماء متبقٍ وثاني أكسيد الكربون والهيدروكربونات . تتكون هذه الوحدة من وعاءين وصمامات ومنفذ عادم يسمح بتغيير الأوعية. أثناء تشغيل أحد أحواض امتصاص الغازات بالتأرجح الحراري ، يتم تجديد الحوض الآخر بواسطة تدفق غازات العادم، الذي يتم تصريفه عبر كاتم صوت إلى البيئة المحيطة.
عملية الصندوق البارد
يدخل هواء العملية إلى المبادل الحراري الرئيسي في صندوق التبريد، حيث يُبرد بتدفق معاكس لتيار غازات العادم. بعد خروجه من المبادل الحراري الرئيسي، تصل درجة حرارة هواء العملية إلى حوالي -112 درجة مئوية، ويكون مُسالًا جزئيًا. ويكتمل التسييل عن طريق تبخير الأكسجين السائل المُبرد في المرجل . بعد مروره عبر صمام التحكم في النقاء، يدخل هواء العملية إلى أعلى برج التقطير ويتدفق لأسفل عبر مادة التعبئة.
يتسرب تيار بخار الأكسجين المتبخر في غلاف الغلاية عائدًا إلى عمود التقطير. ويرتفع عبر مادة التعبئة الخاصة بالعمود ويصطدم بتيار هواء العملية السائل الهابط.
يفقد الهواء السائل المتدفق أسفل العمود النيتروجين ، فيصبح أغنى بالأكسجين ويتجمع في قاعدة العمود على شكل أكسجين سائل نقي . ثم يتدفق إلى المرجل عبر صمام المنتج السائل في صندوق التبريد. ويتحكم محلل أكسجين متصل بالشبكة في فتح صمام المنتج السائل لنقل الأكسجين السائل النقي ذي الضغط المنخفض إلى خزان التخزين .
يصبح بخار الأكسجين المتصاعد غنيًا بالنيتروجين والأرجون . يخرج من العمود ويخرج من صندوق التبريد عند درجة حرارة الغرفة عبر المبادل الحراري الرئيسي كغاز نفايات. يوفر غاز النفايات هذا غاز تنقية لتجديد وحدة امتصاص الحرارة وتبريد توربين التبريد .
تُوفّر التوربينات الموجودة في قاعدة صندوق التبريد التبريد اللازم للعملية. يتم تبريد تيار من الغاز عالي الضغط قادم من المبادلات الحرارية الرئيسية، ثم يتمدد إلى ضغط منخفض داخل التوربين. يعود هذا الهواء البارد إلى تيار النفايات في المبادل الحراري لضخ التبريد. تظهر الطاقة التي يزيلها التوربين على شكل حرارة في دائرة فرامل الهواء المغلقة الخاصة به. تُزال هذه الحرارة في مُبرّد هواء-إلى-هواء بواسطة غاز النفايات الخارج من صندوق التبريد.
عملية التخزين والتبخير
يُضغط السائل من الخزان إلى ضغط عالٍ في مضخة سائلة مبردة . ثم يُبخر في مبخر هواء عادي لإنتاج غاز الأكسجين أو النيتروجين. بعد ذلك، يمكن تمرير الغاز عالي الضغط إلى أسطوانات عبر مشعب الغاز أو تغذيته إلى خط أنابيب منتجات العميل.
التطبيقات
تطبيقات الأكسجين عالي النقاء
- إثراء الفرن
- الغازات الطبية
- صناعة المعادن
- اللحام
- مؤكسد وقود الصواريخ
تطبيقات إنتاج النيتروجين عالي النقاء
- إنتاج الأمونيا لصناعة الأسمدة
- تصنيع الزجاج المصقول
- البتروكيماويات
- غاز التطهير
- غاز التغطية/الخمول للخزانات وأوعية المفاعلات
- معالجة غاز الأمين
- غاز مانع تسرب المحمل
- تصنيع البوليستر
تطبيقات الأرجون عالي النقاء
- تصنيع أشباه الموصلات [ 5 ]
- تصنيع الخلايا الكهروضوئية [ 6 ]
- غاز الحماية في لحام MIG أو TIG
تطبيقات الزينون
- السفر إلى الفضاء [ 7 ]
- الفحص الطبي [ 7 ]
- مصابيح أنبوبية وامضة وغاز حشو في بعض أنواع المصابيح المتوهجة
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ "ما هي وحدة التبريد المتقدمة؟" . رانش كريوجينيكس . رانش كريوجينيكس . تم الاطلاع عليه في 1 ديسمبر 2022 .
- ↑ "نظرة عامة على فصل الهواء المبرد" . نظرة عامة على فصل الهواء المبرد وأنظمة التسييل . الغازات الصناعية العالمية . تم الاطلاع عليه في 1 ديسمبر 2022 .
- ↑ Saferack. "تصميم مناولة الأرجون السائل، والتحميل، والتركيب" . نقل الأرجون السائب . Saferack . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 ديسمبر 2022 .
- ↑ نيجين (13 أكتوبر 2020). "ما هو غاز تنقية النيتروجين؟" . ما هو غاز تنقية النيتروجين ؟ تم الاطلاع عليه في 1 ديسمبر 2022 .
- 1 2 "ما علاقة غاز الأرجون بنقص رقائق أشباه الموصلات؟" . ما علاقة غاز الأرجون بنقص رقائق أشباه الموصلات؟ روكي ماونتن إير. 28 سبتمبر 2021. تم الاطلاع عليه في 1 ديسمبر 2022 .
- 1 2 طورت شركة "Gas Recovery and Recycle Limited" (GR2L) نظامًا فريدًا ومغلقًا لاستعادة وتنقية غاز الأرجون المستخدم في تنقية رقائق السيليكون لتطبيقات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وهو نظام ArgonØ. ( رقائق الطاقة الشمسية الكهروضوئية . تم الاطلاع عليه في 1 ديسمبر 2022 ) .
- 1 2 منتجات، ليندي. "منتجات سبيكترا" . منتجات سبيكترا . تم الاسترجاع في 2 ديسمبر 2022 .
- العمليات الكيميائية
- العمليات الصناعية
- المصانع الكيميائية
- تقنيات الغاز
- الغازات الصناعية
- علم التبريد