China: purificação techargon - novas tecnologias? 

Quando você ouve falar de “novas tecnologias?” na purificação do argônio técnico, algum tipo de membrana ou reator inovador aparece imediatamente. Mas, na realidade, muitas vezes não se trata tanto de novidade, mas sim da competente montagem e adaptação de processos já conhecidos para fluxos específicos, muitas vezes bastante sujos. Muita gente, principalmente no início, pensa que basta comprar um bom adsorvedor - e o problema está resolvido. Acontece então que as impurezas não se comportam de acordo com o livro didático, e o equipamento que funcionava perfeitamente com nitrogênio começa a “ser caprichoso” com argônio. É sobre isso que mais vale a pena falar.

Da teoria ao workshop: onde começam as verdadeiras dificuldades

Tomemos, por exemplo, o esquema clássico com purificação por adsorção de oxigênio e nitrogênio. Em teoria, tudo é claro: um catalisador contendo cobre, hidrogênio, secagem “profunda”. Mas quando você leva a instalação para a produção, onde o argônio é um fluxo secundário da separação do ar, e não o produto principal, começam as nuances. A pressão pode “saltar”, a temperatura do fluxo de entrada é instável devido ao funcionamento da coluna principal. O catalisador, que está previsto no passaporte para 5 anos, começa a perder atividade após dois. Por que? Porque junto com o argônio existem vestígios de hidrocarbonetos do óleo do compressor, que simplesmente não existiam em laboratório. São poucos, mas são venenosos para o catalisador. E agora, em vez de 99,999% de pureza, você obtém 99,99% de produção, e isso é fundamental para muitas aplicações eletrônicas e de soldagem.

Muitas vezes tentam resolver o problema de frente. — instalam uma caldeira evaporadora adicional para aquecer as matérias-primas, a fim de evaporar esses vestígios de óleo e cortá-los na entrada. Mas este é um novo consumo de energia, um novo ponto de controlo. Às vezes era mais fácil e barato trabalhar com um fornecedor de argônio bruto e junto com ele modernizar a unidade de extração e instalar separadores de óleo mais eficientes na fase de compressão primária. Esta não é a nossa área direta de responsabilidade, mas sem essa abordagem sistemática, toda a nossa “nova” tecnologia de limpeza está estagnada.

Tivemos experiência em uma das plantas metalúrgicas da província de Liaoning. O cliente reclamou da troca frequente do adsorvente na unidade de secagem profunda. Chegamos e olhamos - o sistema de regeneração foi projetado para um ciclo padrão, mas devido ao aumento do teor de vapor d'água na matéria-prima (uma espécie de especificidade local), o adsorvente simplesmente não teve tempo de secar. ?Nova tecnologia? aqui não se tratou de substituir o zeólito por algo ultramoderno, mas sim de recalcular os ciclos de regeneração, aumentar a temperatura de purga e instalar um simples trocador de calor adicional para aquecer o gás regenerador. Funcionou. Às vezes, a inovação é simplesmente uma engenharia mais cuidadosa.

Oxigênio e nitrogênio: nem todas as impurezas são igualmente inúteis

Tudo parece ter sido resolvido com oxigênio - hidrogenação catalítica em água seguida de adsorção. Mas a palavra-chave é “catalítico”. Se houver mais oxigênio do que o calculado, digamos, não 0,5%, mas 2%, os problemas começam com o controle térmico da reação. É gerado muito calor, é preciso complicar o reator, torná-lo multicamadas, com remoção eficiente. E se houver menos oxigênio, mas estiver emparelhado com nitrogênio, então você terá que combinar processos. Freqüentemente, eles estabelecem uma cascata: primeiro, o oxigênio é quase completamente removido, depois trabalham com o nitrogênio em adsorventes ou membranas de baixa temperatura.

É mais interessante com nitrogênio. Removê-lo costuma ser a etapa mais cara. A destilação criogênica é eficaz, mas para volumes médios e pequenos consome muita energia. A adsorção por oscilação de pressão (PSA) com zeólitas é popular, mas requer uma secagem de altíssima qualidade no estágio anterior, caso contrário a zeólita “flutuará” rapidamente. Nos últimos anos, tem-se falado muito sobre separação por membranas. Sim, isso pode ser chamado de uma nova tecnologia para esse segmento. Membranas de fibra oca que permitem seletivamente que o nitrogênio passe mais rápido que o argônio. Mas, novamente, existem nuances: eles são sensíveis à condensação, requerem pressão estável e, o que é mais importante, sua eficiência cai se você precisar obter argônio de pureza muito alta, digamos, acima de 99,9995%. Para tais casos, as membranas são frequentemente utilizadas como uma etapa preliminar para reduzir o estresse da instalação final, mais precisa (e cara).

Freqüentemente usamos circuitos híbridos em nosso projeto. Por exemplo, para um projeto de produção de argônio puro para fibra óptica em Sichuan, uma combinação foi usada: remoção catalítica de O2 -> secagem profunda -> bloco de membrana (reduzindo N2 de 3% para 0,5%) -> acabamento bloco de adsorção em baixa temperatura. Isto reduziu os custos operacionais gerais em aproximadamente 15% em comparação com um projeto puramente criogênico. Mas projetamos e selecionamos componentes durante quase seis meses.

Água e hidrocarbonetos: assassinos silenciosos da pureza

Já mencionei a secagem, mas isso é assunto para outra discussão. Muitas pessoas subestimam o quão difícil é “secar” completamente. argônio a um nível de ponto de orvalho de -70°C e abaixo. Especialmente sob condições de carga variável. Adsorventes padrão com zeólita ou óxido de alumínio funcionam, mas seus ciclos de regeneração devem estar estritamente vinculados ao cronograma de produção. A automação que simplesmente funciona por um determinado tempo, em vez de realmente saturar o adsorvente, é uma receita para o fracasso. Insistimos em instalar pelo menos analisadores de ponto de orvalho na saída de cada adsorvedor e, idealmente, na entrada, para prever a carga.

Os hidrocarbonetos são uma dor de cabeça à parte. Pode haver uma pequena quantidade deles, mas para a indústria eletrônica até mesmo vestígios de acetileno ou propano são fatais. Aqui, a adsorção em carvão ativado ajuda, mas o carvão precisa ser trocado com frequência e ele próprio pode se tornar uma fonte de poeira. A oxidação catalítica é uma opção, mas requer dosagem precisa de oxigênio e, novamente, gerenciamento de calor. Às vezes, o bom e velho método é mais eficaz - congelamento em trocadores de calor seguido de descongelamento. A tecnologia não é nova, mas a sua implementação num aparelho de casco e tubo compacto e energeticamente eficiente, com controlo preciso da temperatura, já é uma solução moderna.

Lembro-me que em uma das fábricas de painéis solares em Jiangsu houve um problema com “explosões” periódicas? hidrocarbonetos. Eles procuraram a fonte por uma semana. Descobriu-se que o culpado não era o processo principal, mas a purga rotineira da tubulação com nitrogênio da rede geral antes de fornecer argônio. O nitrogênio naquela rede não era perfeitamente puro. Foi necessário prescrever um procedimento de purga separado e instalar um filtro-absorvedor descartável adicional na linha de entrada da oficina. Um pouco, mas a linha inteira ficou fora do ar por um dia.

Controle e automação: sem eles nenhuma tecnologia funciona

O esquema de limpeza mais avançado não é nada sem um sistema de controle adequado. Mas há uma linha tênue entre o demais e o suficiente. Não há necessidade de instalar um espectrômetro de massa em cada linha se você puder conviver com uma combinação de cromatógrafos gasosos e analisadores de oxigênio/umidade a laser. É importante controlar pontos-chave: matéria-prima de entrada (para entender com o que estamos trabalhando), saída dos blocos principais (catalítico, adsorção, membrana) e, claro, o produto final.

A automação não é apenas um botão “Iniciar”. Esta é uma lógica que leva em conta as mudanças na composição das matérias-primas. Por exemplo, se um sensor de entrada detectar um aumento no teor de oxigênio, o sistema deverá aumentar automaticamente o fornecimento de hidrogênio ao reator e, possivelmente, ajustar sua temperatura. Ou aumente a frequência de comutação dos adsorvedores quando a umidade aumentar. Em nossos projetos, por exemplo,Tecnologia Co. de Chengdu Yizhi.(este é um instituto de design criado pela Huaxi Technology), garantimos sempre que a instalação pode funcionar em vários modos automáticos - “standard”, “matérias-primas pesadas”, “poupança de energia” - dependendo das necessidades do cliente. Às vezes, informações sobre suas abordagens de design podem ser encontradas em seus sites.https://www.yzkjhx.ru. Sua experiência em tecnologia química geralmente fornece soluções não padronizadas, mas viáveis, para problemas aparentemente padronizados de separação de gases.

Seria um erro tentar excluir completamente uma pessoa do circuito. O algoritmo não substituirá o operador, que pode ouvir um ruído estranho no compressor ou suspeitar de um problema alterando a cor do cartucho indicador antes que o sensor o mostre. Portanto, a interface não deve ser apenas bonita, mas informativa: tendências dos principais parâmetros, avisos sobre a aproximação de condições limite e não apenas acidentes.

A economia da limpeza: quando é “novo”? acaba por ser antigo e comprovado

No final, qualquer tecnologia se resume a dinheiro. O cliente quer argônio puro, mas a um preço mínimo. E aqui muitas vezes não é a instalação mais avançada, mas a mais confiável e de fácil manutenção que vence. Às vezes, ?nova tecnologia? O que o cliente beneficia não é uma membrana de última geração, mas um design modular bem pensado que pode ser reparado rapidamente sem interromper toda a produção. Ou o uso de materiais mais duráveis ​​e, possivelmente, mais caros no início (por exemplo, aço inoxidável 316L em vez de 304 em componentes principais), que compensam aumentando a quilometragem entre os reparos.

Há muito burburinho em torno dos “gêmeos digitais” atualmente. e análise preditiva. Este é definitivamente o futuro. Mas hoje, para a maioria das plantas de purificação Techrgon que operam na China, outra coisa é mais importante: envio competente, pessoal treinado e disponibilidade de peças sobressalentes críticas em estoque - o mesmo catalisador ou cartuchos de filtro. O reator mais avançado ficará ocioso se você esperar três meses pela entrega de uma válvula chave da Europa.

Então, de volta à questão do título. Sim, existem novas tecnologias - são membranas, adsorventes mais seletivos e sistemas de controle inteligentes. Mas a sua implementação é sempre um compromisso entre custo, complexidade e fiabilidade. Muitas vezes, um verdadeiro avanço na eficiência não vem de uma invenção revolucionária, mas da otimização meticulosa de um ciclo já em funcionamento, da atenção aos detalhes que não são descritos nos livros didáticos. É essencialmente isso que a engenharia aplicada faz em empresas como a mencionada acima.Tecnologia Co. de Chengdu Yizhi.com capital social de 120 milhões de RMB e experiência acumulada desde 2013. Eles, como muitos outros, não estão apenas reinventando a roda, mas aprendendo como ajustá-la perfeitamente a uma estrada específica e a um motorista específico. E esta, talvez, seja a principal “nova tecnologia”? — tecnologia de adaptação.