وحدة توليد أكسجين مبردة

وحدة توليد الأكسجين المبردة Cryogenic oxygen plant هي منشأة صناعية تخلق الأكسجين الجزيئي بدرجة نقاء عالية نسبيًا. الأكسجين هوالعنصر الأكثر شيوعًا على القشرة الأرضية وثاني أكثر الغازات الصناعية. يمكن الحصول على نقاء الأكسجين من خلال وحدة فصل الهواءالمبردة فقط. وقد ابتكر هذه العملية د. كارل فون لينده عام 1902.

وحدة Lox 80 Oxygen التي أنشأتها شركة Linde CryoPlants المحدودة، بمعدل إنتاج 80Nm³/ساعة

الغرض

تحقق وحدة فصل الهواء المبردة الحصول على أكسجين بنسبة نقاء تتجاوز 99.5%. الذي يمكن تخزينه كسائل وتعبئته في أسطوانات. ويمكن توزيع هذه الأسطوانات إلى العملاء في القطاع الطبي، أواللحام، أومختلطة بغازات أخرى واستخدامها كغاز تنفس عند الغوص. يتراوح الإنتاج النموذجي من 50Nm³/ساعة ليصل إلى 860.000Nm³/ساعة. ومثال ذلك في معمل تكرير رأس لفان.

الوحدات التي تتألف منها وحدة التوليد

تتألف وحدة توليد الأكسجين المبردة من:

حاوية دافئة الطرف

ضاغط
مستقبل الهواء
مبرد (مبادل حراري)
مرشح قبلي
وحدة تنقية الهواء (APU)

صندوق بارد

مبادل حراريأساسي
غلّاية
عمود تقطير
توربين كبحي تمددي

التخزين

خزان الأكسجين السائل
مبخر
محطة تعبئة

كيفية عمل المصنع

مخطط بياني وحدة LOX Plant بواسطة شركة Linde Cryoplants المحدودة.

عملية تدفئة الطرف

يتم ترشيح هواء الغلاف الجوي وضغطه بواسطة ضاغط، والذي يوفر الضغط للمنتج لتقديمه للعميل. تعتمد كمية الهواء الذي يتم شفطه على مقدار احتياج العميل للأكسجين.

يقوم مستقبل الهواء بجمع السائل المكثَف ويقلل الهبوط في الضغط. يهجر الهواء الجاف والمضغوط الهواء للمبرد المبادل الحراري عند درجةعشرة مئوية.

لتنظيف هواء العملية بشكل أكبر، توجد مراحل مختلفة من الترشيح. أولها، إزالة المزيد من السائل المكثَف، ثم يعمل مرشح اندماج كمرشح تثاقلي، وآخرها جهاز امتزاز ممتلئ بالكربون النشط لإزالة بعض الهيدروكربونات.

آخر خطوة في الحاوية دافئة الطرف هي جهاز الامتزاز المتأرجح الحراري (TSA). تقوم وحدة تنقية الهواء بتنظيف هواء العملية المضغوط بإزالة أي بخار ماء متبقٍ، وثاني أكسيد الكربون والهيدروكربونات. وتضم هذه الوحدة اثنتين من الأوعية، والصمامات، ومفرغ للهواء للسماح بتحويل الأوعية. وبينماقد يكون واحد من فراش جهاز الامتزاز الحراري (TSA) قيد العمل، تتم إعادة توليد الثاني بواسطة تدفق نفايات الغاز الذي يتم صرفه إلى البيئة المحيطة من خلال كاتم للصوت.

عملية الصندوق البارد

يدخل هواء العملية المبادل الحراري الأساسي في الصندوق البارد حيث يتم تبريده في تيار معاكس مع تيار نفايات الغاز. بعد هجر المبادل الحراري الأساسيقد يكون هواء العملية عند درجة ـ 112 مئوية وتتم إسالته جزئيًا. وتتم عملية الإسالة بالكامل من خلال تبخر الأكسجين السائل المبرد في الغلاية. بعد اجتياز صمام تحكم في النقاء، يدخل هواء العملية عند طرف عمود التقطير ويتدفق خلال مادة التعبئة.

يعود البخار الناتج من بخار الأكسجين الذي تم تبخيره في وعاء الغلاية إلى عمود التقطير. ويتصاعد خلال مادة تغليف العمود ويقابل التيار الهابط من هواء العملية السائل.

يفقد الهواء السائل الهابط في العمود النيتروجين. ويصبح غنيًا أكثر بالأكسجين ويُجمع عند قاعدة العمود كأكسجين سائل نقي. ويتدفق في الغلاية إلى صمام المنتج السائل في الصندوق البارد. يتحكم محلل أكسجين متصل في فتحة صمام المنتج السائل لنقل الأكسجين السائل النقي منخفض الضغط إلى الخزان.

يصبح بخار الأكسجين المتصاعد غنيًا بالنيتروجين والأرجون. ويهجر العمود ويخرج من الصندوق البارد في درجة حرارة البيئة المحيطة من خلال المبادل الحراري الأساسي كنفايات غاز. توفر نفايات الغاز غاز التطهير لإعادة توليد وحدة TSA وللتبريد في توربين التبريد.

توفر التوربينات الموضوعة عند قاعدة الصندوق البارد التبريد للعملية. يتم تبريد تيار من الغاز عالي الضغط الآتي من المبادلات الحرارية الأساسية وتمديده إلى ضغط منخفض في التوربين. ويعود هذا الهواء البارد إلى تيار النفايات الآتي من المبادل الحراري لتطبيق التبريد. تظهر الطاقة المنبعثة من التوربين ثانية كحرارة في دائرة المكابح الهوائية مغلقة الدائرة للتوربين. وتتم إزالة هذه الحرارة في مبرد بالهواء بواسطة غاز النفايات من الصندوق البارد.

عملية التخزين والتبخير

يتم ضغط السائل الآتي من الخزان إلى ضغط عالٍ في مضخة سائل مبردة. ويتم تبخيره بعد ذلك في مِبخَار الهواء المحيط لإنتاج الأكسجين الغازي. ويمكن بعد ذلك تمرير الغاز عالي الضغط في الأسطوانات من خلالمشعب الغاز أوضخه في أنابيب المنتج الخاصة بالعملاء.

التطبيقات

إثراء الأفران
الغازات الطبية
إنتاج الفلزات
لحام

انظر أيضاً

فصل الهواء Air separation
وحدة توليد نيتروجين مبردة Cryogenic nitrogen plant
فهم التبريد Cryogenics
غاز صناعي
إسالة الغازات
هواء سائل
أكسجين سائل

المراجع

^ Los Alamos National Laboratory (2011). "Periodic Table of Elements: Oxygen". Los Alamos, New Mexico: Los Alamos National Security, LLC. Retrieved 2011-05-07.
^ Linde Technology, Issue #1 2008