Instalație de oxigen - un dispozitiv pentru producerea de oxigen prin separarea acestuia de alte componente ale aerului . Activitatea sa se bazează pe diferite principii - adsorbție fizică (ciclu scurt (PSA) și ciclu scurt în vid (VPSA)), separare prin membrană și criogenă.
Plantele de oxigen sunt utilizate pe scară largă în diferite procese tehnologice în aproape toate industriile, medicină și agricultură. Acest lucru se datorează proprietăților puternice de oxidare ale oxigenului , de exemplu, capacitatea de a susține procesul de ardere .
Instalațiile de oxigen sunt foarte răspândite în procesele de prelucrare a metalelor, sudare, tăiere și lipire. În industria chimică, petrochimică și a petrolului și gazelor, oxigenul este utilizat în cantități mari ca agent oxidant în reacțiile chimice.
Plantele de oxigen folosesc fenomenul de adsorbție heterogenă selectivă a oxigenului din aer de către un adsorbant solid. Instalațiile se caracterizează prin fiabilitate ridicată, simplitate și caracteristici tehnice și economice ridicate.
Metodele de obținere a oxigenului gazos din aer folosind tehnologia de adsorbție au fost acum aduse aproape la perfecțiune. Funcționarea unei instalații moderne de adsorbție de oxigen se bazează pe faptul că absorbția gazului de către adsorbant este foarte dependentă de temperatura și presiunea parțială a componentei gazului.
Astfel, prin modificarea presiunii și temperaturii, este posibil să se controleze procesele de absorbție a gazelor și de regenerare a adsorbantului.
Procesul de funcționare al instalației de oxigen este conceput astfel încât componentele ușor adsorbite ale amestecului de gaze să fie absorbite de adsorbant, în timp ce componentele slab adsorbite și neadsorbite trec prin instalație. Până în prezent, au devenit larg răspândite trei metode de organizare a unui proces ciclic fără căldură de separare a aerului prin adsorbție: presiune (PSA), vid (VSA) și mixt (VPSA). Pentru circuitele de presiune, oxigenul este extras la o presiune peste presiunea atmosferică, iar etapa de regenerare a adsorbantului se desfășoară la presiunea atmosferică . În circuitele de vid, oxigenul este produs la presiunea atmosferică, regenerarea se realizează la presiune negativă. Lucrarea circuitelor mixte combină schimbarea presiunii de la pozitiv la negativ.
Separarea mediilor gazoase folosind instalații de oxigen cu membrană se bazează pe diferența dintre ratele de penetrare a componentelor din amestecul de gaze prin substanța membranei. Procesul de separare este condus de diferența de presiuni parțiale pe diferite părți ale membranei.
O membrană modernă de separare a gazelor nu este în niciun caz o placă sau un film plat, ci o fibră goală. Pentru tehnologiile de separare a gazelor cu membrană se folosește o membrană modernă din fibră tubulară, constând dintr-o fibră polimerică poroasă cu un strat de separare a gazelor aplicat pe suprafața sa exterioară. Din punct de vedere structural, membrana cu fibre goale este asamblată sub forma unui cartuș cilindric, care este o bobină cu o fibră polimerică înfășurată în jurul ei într-un mod special. Fibra poroasă are o structură asimetrică complexă, densitatea polimerului crește pe măsură ce se apropie de suprafața exterioară a fibrei. Utilizarea substraturilor poroase cu o structură asimetrică face posibilă separarea gazelor la presiuni mari (până la 6,5 MPa).
Grosimea stratului de separare a gazelor din fibre nu depășește 0,1 µm , ceea ce asigură o permeabilitate specifică ridicată a gazelor prin membrana polimerică. Nivelul actual de dezvoltare a tehnologiei face posibilă producerea de polimeri care au o selectivitate ridicată în separarea diferitelor gaze, ceea ce, în consecință, asigură o puritate ridicată a produselor gazoase. Un modul modern de membrană utilizat în instalațiile de oxigen constă dintr-un cartuș și o carcasă cu membrană înlocuibile. Densitatea de ambalare a fibrelor într-un cartuş ajunge la 500-700 de metri pătraţi de fibre pe metru cub de cartuş, ceea ce face posibilă reducerea la minimum a dimensiunii plantelor de oxigen.
Datorită permeabilității ridicate a substanței membranei pentru oxigen, spre deosebire de azot, este necesară o abordare specială a proiectării complexelor membranelor de oxigen. În principiu, există două tehnologii de obținere a oxigenului cu ajutorul membranelor: compresor și vid. În cazul tehnologiei compresoarelor, aerul sub presiune în exces este furnizat în spațiul de fibre, oxigenul părăsește membrana sub o ușoară presiune în exces și, dacă este necesar, este presurizat de către compresor la presiunea dorită. Când utilizați tehnologia de vid într-o instalație de oxigen, o pompă de vid este utilizată pentru a crea o diferență parțială de presiune.
Funcționarea instalațiilor criogenice de separare a aerului cu oxigen se bazează pe metoda de rectificare la temperatură joasă, care se bazează pe diferența dintre punctele de fierbere ale componentelor aerului și diferența dintre compozițiile amestecurilor lichide și vaporilor aflate în echilibru. În procesul de separare a aerului la temperaturi criogenice, se realizează schimb de masă și căldură între fazele lichide și de vapori aflate în contact, constând din componente de aer. Ca urmare, faza de vapori este îmbogățită în componenta cu punct de fierbere scăzut (componentă având un punct de fierbere mai mic), iar faza lichidă este îmbogățită cu componenta cu punct de fierbere ridicat. Astfel, ridicând coloana de distilare , vaporii sunt îmbogățiți cu o componentă cu punct de fierbere scăzut, azot, iar lichidul care curge în jos este saturat cu o componentă cu punct de fierbere ridicat, oxigen.
Metoda criogenică este singura metodă care asigură o puritate ridicată a produselor de separare, ceea ce este important la rate mari de recuperare și orice cantitate de produs, ceea ce duce la o eficiență ridicată. În același timp, metoda face posibilă obținerea simultană a mai multor produse de separare și obținerea de produse atât sub formă de produse gazoase, cât și lichide. În acest caz, cu cât se obțin mai multe produse la ieșire, cu atât funcționează mai eficient instalația. Astfel, tehnologia criogenică oferă o flexibilitate mai mare a tehnologiei.
Dezavantajele plantelor de oxigen criogenic includ o perioadă mai lungă de pornire în comparație cu instalațiile de adsorbție și membrane. Din acest motiv, această metodă ar trebui utilizată pentru complexe mari staționare de mare productivitate, cu o perioadă lungă de funcționare continuă.