Kina: techargonrening - ny teknik? 

När hör du om "ny teknik?" vid rening av teknisk argon uppstår omedelbart någon form av genombrottsmembran eller reaktorer. Men i verkligheten handlar det ofta inte så mycket om nyhet som om kompetent montering och anpassning av redan kända processer för specifika, ofta ganska smutsiga, flöden. Många tycker, särskilt i början, att det räcker med att köpa en bra adsorber - och problemet är löst. Sedan visar det sig att föroreningarna inte beter sig enligt läroboken, och utrustningen som fungerade perfekt på kväve börjar "vara nyckfull" på argon. Det är det här som är mest värt att prata om.

Från teori till workshop: där börjar de verkliga svårigheterna

Låt oss ta till exempel det klassiska schemat med adsorptionsrening från syre och kväve. I teorin är allt klart: en kopparhaltig katalysator, väte, "djup" torkning Men när du tar installationen till produktion, där argon är en sidoström från luftseparation, och inte huvudprodukten, börjar nyanser. Trycket kan "hoppa", temperaturen på den inkommande strömmen är instabil på grund av huvudkolonnens funktion. Katalysatorn, som i passet är designad för 5 år, börjar tappa aktivitet efter två. Varför? För tillsammans med argon finns spår av kolväten från kompressoroljan, som helt enkelt inte fanns i laboratorieförhållanden. Det finns få av dem, men de är gift för katalysatorn. Och nu, istället för 99,999 % renhet, får du 99,99 % effekt, och detta är avgörande för många svets- och elektroniska tillämpningar.

De försöker ofta lösa problemet direkt. — de installerar en extra förångarpanna för att värma upp råvarorna för att förånga dessa oljespår och skära av dem vid inloppet. Men det här är ny energiförbrukning, en ny kontrollpunkt. Ibland visade det sig vara enklare och billigare att arbeta med en råargonleverantör och tillsammans med denne modernisera utsugsenheten och installera effektivare oljeavskiljare i det primära kompressionsskedet. Detta är inte vårt direkta ansvarsområde, men utan ett sådant systematiskt tillvägagångssätt stannar all vår "nya" rengöringsteknik.

Vi hade erfarenhet av en av de metallurgiska anläggningarna i Liaoning-provinsen. Kunden klagade på frekvent byte av adsorbenten i djuptorkenheten. Vi anlände och tittade - regenereringssystemet var designat för en standardcykel, men på grund av det ökade innehållet av vattenånga i råmaterialet (en slags lokal specificitet) hann adsorbenten helt enkelt inte torka ut. ?Ny teknik? här var det inte att ersätta zeoliten med något ultramodernt, utan att räkna om regenereringscyklerna, öka reningstemperaturen och installera en enkel extra värmeväxlare för att värma regenereringsgasen. Det fungerade. Ibland är innovation helt enkelt mer noggrann ingenjörskonst.

Syre och kväve: alla föroreningar är inte lika värdelösa

Allt verkar ha utarbetats med syre - katalytisk hydrering till vatten följt av adsorption. Men nyckelordet är "katalytisk". Om det finns mer syre än beräknat, säg inte 0,5 %, utan 2 %, börjar problem med den termiska kontrollen av reaktionen. Mycket värme genereras, det är nödvändigt att komplicera reaktorn, göra den flerskiktad, med effektiv borttagning. Och om det finns mindre syre, men det är parat med kväve, måste du kombinera processer. De sätter ofta upp en kaskad: först avlägsnas syre nästan helt, sedan arbetar de med kväve på lågtemperaturadsorbatorer eller membran.

Det är mer intressant med kväve. Att ta bort det är ofta det dyraste steget. Kryogen destillation är effektiv, men för medelstora och små volymer är den för energikrävande. Pressure swing adsorption (PSA) med zeoliter är populärt, men kräver mycket högkvalitativ torkning i föregående steg, annars kommer zeoliten att "flyta" snabbt. De senaste åren har det pratats mycket om membranseparation. Ja, detta kan kallas en ny teknik för detta segment. Hålfibermembran som selektivt låter kväve passera snabbare än argon. Men återigen, det finns nyanser: de är känsliga för kondens, kräver stabilt tryck och, viktigare, deras effektivitet sjunker om du behöver få argon med mycket hög renhet, säg över 99,9995%. I sådana fall används ofta membran som ett preliminärt steg för att minska påfrestningarna från den slutliga, mer exakta (och dyrbara) installationen.

Vi använder ofta hybridkretsar i vår design. Till exempel, för ett projekt för att producera ren argon för fiberoptik i Sichuan, användes en kombination: katalytisk O2-borttagning -> djup torkning -> membranblock (reducerar N2 från 3% till 0,5%) -> efterbehandling av lågtemperaturadsorptionsblock. Detta minskade de totala driftskostnaderna med cirka 15 % jämfört med en rent kryogen design. Men vi designade och valde ut komponenter under nästan sex månader.

Vatten och kolväten: tysta mördare av renhet

Jag har redan nämnt torkning, men det här är ett ämne för en annan diskussion. Många underskattar hur svårt det är att "torka" helt. argon till en daggpunktsnivå på -70°C och lägre. Speciellt under varierande belastningsförhållanden. Standardadsorbatorer med zeolit ​​eller aluminiumoxid klarar sig, men deras regenereringscykler måste vara strikt knutna till produktionsschemat. Automatisering som helt enkelt fungerar under en given tid, snarare än att faktiskt mätta adsorbenten, är ett recept på misslyckande. Vi insisterar på att installera åtminstone daggpunktsanalysatorer vid utloppet av varje adsorbator, och helst vid inloppet, för att förutsäga belastningen.

Kolväten är en separat huvudvärk. Det kan finnas en liten mängd av dem, men för elektronikindustrin är även spår av acetylen eller propan döden. Här hjälper adsorption på aktivt kol, men kolet behöver bytas ut ofta, och det kan i sig bli en dammkälla. Katalytisk oxidation är ett alternativ, men det kräver exakt dosering av syre och återigen värmehantering. Ibland är den gamla goda metoden mest effektiv - frysning i värmeväxlare följt av upptining. Tekniken är inte ny, men dess implementering i en kompakt och energieffektiv skal-och-rörapparat med exakt temperaturkontroll är redan en modern lösning.

Jag minns att det på en av solpanelsfabrikerna i Jiangsu var problem med periodiska "utbrott"? kolväten. De sökte efter källan i en vecka. Det visade sig att boven inte var huvudprocessen, utan den rutinmässiga reningen av rörledningen med kväve från det allmänna nätet innan tillförsel av argon. Kvävet i det nätverket var inte helt rent. Det var nödvändigt att föreskriva en separat rensningsprocedur och installera en extra engångsfilterabsorberare på ingångsledningen till verkstaden. En bagatell, men hela linjen låg nere för en dag.

Styrning och automation: utan dem fungerar ingen teknik

Det mest avancerade rengöringsschemat är ingenting utan ett adekvat kontrollsystem. Men det finns en hårfin gräns mellan för mycket och tillräckligt. Det finns ingen anledning att installera en masspektrometer på varje linje om du kan klara dig med en kombination av gaskromatografer och lasersyre/fuktanalysatorer. Det är viktigt att kontrollera nyckelpunkter: ingående råvaror (för att förstå vad vi arbetar med), produktion av huvudblocken (katalytisk, adsorption, membran) och, naturligtvis, slutprodukten.

Automatisering är inte bara en "Start"-knapp. Detta är logik som tar hänsyn till förändringar i sammansättningen av råvaror. Till exempel, om en inloppssensor upptäcker en ökning av syrehalten, bör systemet automatiskt öka tillförseln av väte till reaktorn och eventuellt justera dess temperatur. Eller öka växlingsfrekvensen för adsorbatorer när luftfuktigheten ökar. I våra projekt har vi till exempelChengdu Yizhi Technology Co.(detta är ett designinstitut skapat av Huaxi Technology), vi ser alltid till att installationen kan fungera i flera automatiska lägen - "standard", "tunga råvaror", "energibesparing" - beroende på kundens behov. Information om deras designmetoder kan ibland hittas på deras hemsidahttps://www.yzkjhx.ru. Deras erfarenhet av kemisk teknik ger ofta icke-standardiserade, men fungerande lösningar för till synes vanliga gasseparationsproblem.

Det skulle vara ett misstag att försöka utesluta en person från kretsen helt. Algoritmen kommer inte att ersätta operatören, som kan höra ett konstigt ljud i kompressorn eller misstänka ett problem genom att ändra färgen på indikatorpatronen innan sensorn visar det. Därför bör gränssnittet inte bara vara vackert, utan informativt: trender för nyckelparametrar, varningar om närmar sig gränsförhållanden och inte bara olyckor.

Ekonomin för renlighet: när är "nytt"? visar sig vara gammal och beprövad

I slutändan handlar all teknik om pengar. Kunden vill ha ren argon, men till ett minimalt pris. Och här är det ofta inte den mest avancerade, utan den mest pålitliga och underhållbara installationen som vinner. Ibland ?ny teknik? Vad kunden drar nytta av är inte ett senaste generations membran, utan en genomtänkt modulkonstruktion som snabbt kan servas utan att hela produktionen stoppas. Eller användningen av mer hållbara och möjligen dyrare material i början (till exempel 316L rostfritt stål istället för 304 i nyckelkomponenter), som lönar sig genom att öka körsträckan mellan reparationerna.

Det är mycket surr kring "digitala tvillingar" nuförtiden. och prediktiv analys. Detta är definitivt framtiden. Men idag, för majoriteten av tekniska reningsanläggningar som är verksamma i Kina, är något annat viktigare: kompetent sändning, utbildad personal och tillgången på viktiga reservdelar i lager - samma katalysator eller filterpatroner. Den mest avancerade reaktorn kommer att stå stilla om du väntar tre månader på leverans av en nyckelventil från Europa.

Så, tillbaka till rubrikfrågan. Ja, det finns ny teknik - det här är membran, mer selektiva adsorbenter och smarta styrsystem. Men deras implementering är alltid en kompromiss mellan kostnad, komplexitet och tillförlitlighet. Ofta kommer ett verkligt genombrott i effektivitet inte från en revolutionerande uppfinning, utan från noggrann optimering av en redan fungerande cykel, från uppmärksamhet till detaljer som inte beskrivs i läroböcker. Detta är i huvudsak vad tillämpad ingenjörskonst gör i företag som det som nämns ovan.Chengdu Yizhi Technology Co.med sitt registrerade kapital på 120 miljoner RMB och erfarenhet ackumulerad sedan 2013. De, liksom många andra, uppfinner inte så mycket hjulet på nytt som att lära sig hur man perfekt anpassar det till en specifik väg och en specifik förare. Och detta är kanske den viktigaste "nya tekniken"? — Anpassningsteknik.