China: techargon-zuivering - nieuwe technologieën? 

Wanneer hoor je over “nieuwe technologieën?” bij de zuivering van technisch argon verschijnen er onmiddellijk een soort doorbraakmembranen of reactoren. Maar in werkelijkheid komt het vaak niet zozeer neer op nieuwigheid als wel op de competente montage en aanpassing van reeds bekende processen voor specifieke, vaak behoorlijk vuile stromen. Veel mensen denken, vooral in het begin, dat het voldoende is om een ​​goede adsorber te kopen - en het probleem is opgelost. Dan blijkt dat de onzuiverheden zich niet gedragen volgens het leerboek, en de apparatuur die perfect werkte op stikstof begint "wispelturig" te zijn op argon. Dit is wat het meest de moeite waard is om over te praten.

Van theorie tot workshop: waar de echte moeilijkheden beginnen

Laten we bijvoorbeeld het klassieke schema nemen met adsorptiezuivering uit zuurstof en stikstof. In theorie is alles duidelijk: een koperhoudende katalysator, waterstof, ‘diepe’ droging. Maar als je de installatie naar productie brengt, waar argon een zijstroom is van luchtscheiding, en niet het hoofdproduct, beginnen de nuances. De druk kan "springen", de temperatuur van de binnenkomende stroom is onstabiel vanwege de werking van de hoofdkolom. De katalysator, die in het paspoort voor 5 jaar is ontworpen, begint na twee jaar zijn activiteit te verliezen. Waarom? Omdat er naast argon sporen van koolwaterstoffen uit de compressorolie zitten, die in laboratoriumomstandigheden simpelweg niet bestonden. Er zijn er maar weinig, maar ze zijn vergif voor de katalysator. En nu krijgt u in plaats van een zuiverheid van 99,999% een output van 99,99%, en dit is van cruciaal belang voor veel las- en elektronische toepassingen.

Vaak proberen ze het probleem frontaal op te lossen. — ze installeren een extra verdampingsketel om de grondstoffen te verwarmen om deze oliesporen te verdampen en af ​​te sluiten bij de inlaat. Maar dit is een nieuw energieverbruik, een nieuw controlepunt. Soms bleek het eenvoudiger en goedkoper om met een leverancier van ruw argon samen te werken en samen met hem de extractie-eenheid te moderniseren en efficiëntere olieafscheiders in de primaire compressiefase te installeren. Dit is niet onze directe verantwoordelijkheid, maar zonder een dergelijke systematische aanpak loopt al onze ‘nieuwe’ schoonmaaktechnologie vast.

We hadden ervaring in een van de metallurgische fabrieken in de provincie Liaoning. De klant klaagde over het veelvuldig vervangen van het adsorbens in de diepdroogunit. We kwamen aan en keken - het regeneratiesysteem was ontworpen voor een standaardcyclus, maar vanwege het verhoogde gehalte aan waterdamp in de grondstof (een soort lokale specificiteit) had het adsorbens eenvoudigweg geen tijd om uit te drogen. ?Nieuwe technologie? hier was het niet het vervangen van de zeoliet door iets ultramoderns, maar het herberekenen van de regeneratiecycli, het verhogen van de spoeltemperatuur en het installeren van een eenvoudige extra warmtewisselaar om het regeneratiegas te verwarmen. Het werkte. Soms is innovatie simpelweg zorgvuldiger engineering.

Zuurstof en stikstof: niet alle onzuiverheden zijn even nutteloos

Alles lijkt te zijn uitgewerkt met zuurstof: katalytische hydrogenering tot water gevolgd door adsorptie. Maar het sleutelwoord is ‘katalytisch’. Als er meer zuurstof is dan berekend, bijvoorbeeld niet 0,5%, maar 2%, beginnen de problemen met de thermische controle van de reactie. Er wordt veel warmte gegenereerd, het is noodzakelijk om de reactor ingewikkelder te maken, deze uit meerdere lagen te maken, met efficiënte verwijdering. En als er minder zuurstof is, maar wel gepaard gaat met stikstof, dan moet je processen combineren. Vaak zetten ze een cascade op: eerst wordt zuurstof vrijwel volledig verwijderd, daarna werken ze met stikstof op lage temperatuur adsorbers of membranen.

Het is interessanter met stikstof. Het verwijderen ervan is vaak de duurste stap. Cryogene destillatie is effectief, maar voor middelgrote en kleine volumes is het te energie-intensief. Drukwisseladsorptie (PSA) met zeolieten is populair, maar vereist een zeer hoogwaardige droging in de voorgaande fase, anders zal de zeoliet snel "zweven". De laatste jaren wordt er veel gesproken over membraanscheiding. Ja, dit kan een nieuwe technologie voor dit segment worden genoemd. Hollevezelmembranen die selectief stikstof sneller doorlaten dan argon. Maar nogmaals, er zijn nuances: ze zijn gevoelig voor condensatie, vereisen een stabiele druk en, belangrijker nog, hun efficiëntie daalt als je argon met een zeer hoge zuiverheid wilt krijgen, bijvoorbeeld boven 99,9995%. In dergelijke gevallen worden membranen vaak gebruikt als voorbereidende stap om de spanning van de uiteindelijke, nauwkeurigere (en dure) installatie te verminderen.

In ons ontwerp maken we vaak gebruik van hybride circuits. Voor een project voor de productie van zuiver argon voor glasvezel in Sichuan werd bijvoorbeeld een combinatie gebruikt: katalytische O2-verwijdering -> diepdrogen -> membraanblok (reductie van N2 van 3% naar 0,5%) -> afwerking adsorptieblok op lage temperatuur. Dit verminderde de totale bedrijfskosten met ongeveer 15% vergeleken met een puur cryogeen ontwerp. Maar we hebben bijna zes maanden lang componenten ontworpen en geselecteerd.

Water en koolwaterstoffen: stille moordenaars van zuiverheid

Ik heb het drogen al genoemd, maar dit is een onderwerp voor een andere discussie. Veel mensen onderschatten hoe moeilijk het is om volledig te ‘drogen’. argon tot een dauwpuntniveau van -70°C en lager. Vooral onder variabele belastingsomstandigheden. Standaardadsorbers met zeoliet of aluminiumoxide kunnen dit aan, maar hun regeneratiecycli moeten strikt aan het productieschema worden gebonden. Automatisering die eenvoudigweg gedurende een bepaalde tijd werkt, in plaats van het adsorbens feitelijk te verzadigen, is een recept voor mislukking. We staan ​​erop om ten minste dauwpuntanalysatoren te installeren aan de uitlaat van elke adsorber, en idealiter aan de inlaat, om de belasting te voorspellen.

Koolwaterstoffen zijn een aparte hoofdpijn. Het zijn er misschien maar heel weinig, maar voor de elektronica-industrie zijn zelfs sporen van acetyleen of propaan dodelijk. Hier helpt adsorptie aan actieve kool, maar de koolstof moet regelmatig worden vervangen en kan zelf een bron van stof worden. Katalytische oxidatie is een optie, maar vereist een nauwkeurige dosering van zuurstof en, wederom, warmtebeheer. Soms is de goede oude methode het meest effectief: invriezen in warmtewisselaars gevolgd door ontdooien. De technologie is niet nieuw, maar de implementatie ervan in een compact en energiezuinig shell-and-tube-apparaat met nauwkeurige temperatuurregeling is al een moderne oplossing.

Ik herinner me dat er in een van de zonnepanelenfabrieken in Jiangsu een probleem was met periodieke “uitbarsting”? koolwaterstoffen. Een week lang werd naar de bron gezocht. Het bleek dat de boosdoener niet het hoofdproces was, maar het routinematig zuiveren van de pijpleiding met stikstof uit het algemene netwerk voordat argon werd geleverd. De stikstof in dat netwerk was niet perfect zuiver. Het was noodzakelijk om een ​​aparte spoelprocedure voor te schrijven en een extra wegwerpfilter-absorber te installeren op de invoerleiding naar de werkplaats. Een kleinigheidje, maar de hele lijn lag een dag plat.

Controle en automatisering: zonder hen werkt geen enkele technologie

Het meest geavanceerde reinigingsprogramma is niets zonder een adequaat controlesysteem. Maar er is een dunne grens tussen te veel en genoeg. Het is niet nodig om op elke lijn een massaspectrometer te installeren als u kunt rondkomen met een combinatie van gaschromatografen en laserzuurstof-/vochtanalysatoren. Het is belangrijk om de belangrijkste punten te beheersen: input van grondstoffen (om te begrijpen waar we mee werken), output van de belangrijkste blokken (katalytisch, adsorptie, membraan) en natuurlijk het eindproduct.

Automatisering is niet alleen een “Start”-knop. Dit is logica die rekening houdt met veranderingen in de samenstelling van grondstoffen. Als een inlaatsensor bijvoorbeeld een toename van het zuurstofgehalte detecteert, moet het systeem automatisch de toevoer van waterstof naar de reactor verhogen en eventueel de temperatuur ervan aanpassen. Of verhoog de schakelfrequentie van adsorbers als de luchtvochtigheid toeneemt. In onze projecten bijvoorbeeldChengdu Yizhi Technologie Co.(dit is een ontwerpinstituut opgericht door Huaxi Technology), we zorgen er altijd voor dat de installatie in verschillende automatische modi kan werken - "standaard", "zware grondstoffen", "energiebesparing" - afhankelijk van de behoeften van de klant. Informatie over hun ontwerpaanpak is soms te vinden op hun websitehttps://www.yzkjhx.ru. Hun ervaring in de chemische technologie biedt vaak niet-standaard, maar werkbare oplossingen voor ogenschijnlijk standaard gasscheidingsproblemen.

Het zou een vergissing zijn om te proberen iemand volledig uit te sluiten van het circuit. Het algoritme zal de operator niet vervangen, die een vreemd geluid in de compressor kan horen of een probleem kan vermoeden door de kleur van de indicatorcartridge te veranderen voordat de sensor dit laat zien. Daarom moet de interface niet alleen mooi zijn, maar ook informatief: trends in belangrijke parameters, waarschuwingen over naderende randvoorwaarden, en niet alleen ongelukken.

De economie van reinheid: wanneer is ?nieuw? blijkt oud en bewezen

Uiteindelijk komt elke technologie neer op geld. De klant wil pure argon, maar tegen een minimale prijs. En hier wint vaak niet de meest geavanceerde, maar juist de meest betrouwbare en onderhoudbare installatie. Soms? nieuwe technologie? Waar de klant van profiteert is niet een membraan van de nieuwste generatie, maar een doordacht modulair ontwerp dat snel kan worden onderhouden zonder de gehele productie stil te leggen. Of het gebruik van duurzamere en mogelijk duurdere materialen in het begin (bijvoorbeeld 316L roestvrij staal in plaats van 304 in de belangrijkste componenten), wat zijn vruchten afwerpt door het aantal kilometers tussen reparaties te vergroten.

Er is tegenwoordig veel geroezemoes rond ‘digitale tweelingen’. en voorspellende analyses. Dit is absoluut de toekomst. Maar tegenwoordig is voor het merendeel van de techrgon-zuiveringsinstallaties die in China actief zijn, iets anders belangrijker: competente verzending, opgeleid personeel en de beschikbaarheid van kritische reserveonderdelen op voorraad: dezelfde katalysator of filterpatronen. De meest geavanceerde reactor ligt stil als je drie maanden wacht op de levering van een sleutelklep uit Europa.

Dus terug naar de titelvraag. Ja, er zijn nieuwe technologieën: dit zijn membranen, selectievere adsorbentia en slimme controlesystemen. Maar de implementatie ervan is altijd een compromis tussen kosten, complexiteit en betrouwbaarheid. Vaak komt een echte doorbraak op het gebied van efficiëntie niet voort uit een revolutionaire uitvinding, maar uit de nauwgezette optimalisatie van een reeds werkende cyclus, uit aandacht voor details die niet in leerboeken worden beschreven. Dit is in wezen wat toegepaste techniek doet in bedrijven zoals het hierboven genoemde.Chengdu Yizhi Technologie Co.met een maatschappelijk kapitaal van RMB 120 miljoen en ervaring opgebouwd sinds 2013. Zij vinden, net als vele anderen, niet zozeer het wiel opnieuw uit, maar leren hoe ze het perfect kunnen afstemmen op een specifieke weg en een specifieke bestuurder. En dit is misschien de belangrijkste "nieuwe technologie"? — aanpassingstechnologie.