항저우 누줘 과학기술그룹 유한회사

극저온 공기 분리 기술은 현대 산업에서 고순도 질소와 산소를 생산하는 중요한 방법 중 하나입니다. 이 기술은 야금, 화학공학, 의학 등 다양한 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 본 논문에서는 극저온 공기 분리를 통해 고순도 질소와 산소를 생산하는 방법과 그 공정에 관련된 주요 단계 및 장비를 심층적으로 살펴보겠습니다.

1. 극저온 공기 분리의 기본 원리

극저온 공기 분리는 온도를 낮춰 공기의 주요 성분을 분리하는 공정입니다. 공기는 주로 질소, 산소, 그리고 소량의 아르곤으로 구성됩니다. 공기를 압축하고 극저온으로 냉각하여 액화시킨 후, 각 기체의 끓는점 차이를 이용하여 증류하여 질소와 산소를 분리합니다. 질소의 끓는점은 -195.8℃, 산소의 끓는점은 -183℃이므로, 단계적 증류를 통해 각각 분리 정제할 수 있습니다.

2. 전처리 단계: 공기 정화

극저온 공기 분리 공정에서 공기 전처리는 중요한 첫 단계입니다. 공기에는 먼지, 이산화탄소, 수분과 같은 불순물이 포함되어 있으며, 이러한 불순물은 저온 환경에서 동결되어 장비 막힘을 유발합니다. 따라서 공기는 먼저 여과, 압축, 건조 단계를 거쳐 불순물과 수분을 제거합니다. 일반적으로 건조기와 분자체 흡착기는 공기에서 불순물을 제거하는 데 사용되는 중요한 장비로, 후속 극저온 분리 공정의 안정성과 효율성을 보장합니다.

3. 공기 압축 및 냉각

정화된 공기는 일반적으로 여러 대의 압축기를 통해 압축되어 5~6메가파스칼의 압력으로 상승합니다. 압축된 공기는 열교환기를 통해 저온의 회수 가스와 함께 냉각되며, 점차 온도가 낮아져 액화점에 도달합니다. 이 과정에서 열교환기는 에너지 소비를 효과적으로 줄이고 냉각 효율을 향상시켜 공기가 저온 조건에서 액화될 수 있도록 보장하고, 후속 증류 분리를 위한 조건을 제공하므로 중요한 역할을 합니다.

4. 공기 액화 및 증류

극저온 분리탑에서 압축 및 냉각된 공기는 액화 상태로 더욱 냉각됩니다. 액화된 공기는 증류탑으로 보내져 분리됩니다. 증류탑은 고압탑과 저압탑의 두 부분으로 나뉩니다. 고압탑에서 공기는 조산소와 조질소로 분리되고, 저압탑에서 조산소와 조질소를 다시 증류하여 고순도의 산소와 질소를 얻습니다. 질소와 산소의 분리는 주로 끓는점의 물리적 특성을 이용하므로 증류탑에서 효율적인 분리가 가능합니다.

5. 정제 과정

증류탑에서 분리된 산소와 질소는 여전히 소량의 불순물을 포함하고 있으므로 산업 및 의료 기준을 충족하기 위해 추가 정제가 필요합니다. 질소의 순도는 수소 탈산소 촉매를 통해, 산소의 순도는 재증류 공정을 통해 향상될 수 있습니다. 생성 가스의 순도를 높이기 위해 일반적으로 질소 정제기 및 산소 정제기와 같은 장비를 사용하여 궁극적으로 고순도의 산소 및 질소 제품을 얻습니다.

6. 질소와 산소의 응용

극저온 공기 분리 기술로 생산된 고순도 질소와 산소는 여러 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 고순도 질소는 화학 산업에서 보호 가스 및 운반 가스로, 식품 산업에서는 보존 및 포장용으로, 산소는 의료 및 용접 산업에서 널리 사용됩니다. 야금 산업에서는 연소 효율 향상 및 탄소 배출량 감소를 위해 산소를 사용합니다. 이러한 응용 분야에서는 가스의 순도가 적용 가능성을 결정하는 핵심 요소이며, 극저온 공기 분리 기술은 효율적인 분리와 고순도 생산으로 널리 인정받고 있습니다.

7. 극저온 공기 분리 기술의 장점과 과제

극저온 공기 분리 기술은 고순도와 고효율성으로 인해 산업 분야에서 선호되고 있습니다. 그러나 이 기술은 높은 에너지 소비 및 높은 장비 유지 보수 비용과 같은 몇 가지 과제에 직면해 있습니다. 에너지 소비를 줄이기 위해 최신 극저온 공기 분리 장비는 일반적으로 열 회수 장치 및 다단 압축 냉각 시스템과 같은 첨단 에너지 절약 시스템을 갖추고 있습니다. 또한, 자동화 제어 기술의 적용은 심저온 공기 분리 장치의 운영 효율성과 안전성을 크게 향상시켰습니다. 기술 최적화 및 장비 개선을 통해 심저온 공기 분리 시스템의 에너지 효율과 안정성이 지속적으로 향상되어 다양한 산업 분야에서의 적용이 더욱 확대되고 있습니다.

심층 극저온 공기 분리는 현재 고순도 질소와 산소를 생산하는 가장 효과적인 방법 중 하나입니다. 이 기술은 공기 전처리, 압축, 냉각, 액화, 증류 등 여러 단계를 거쳐 공기에서 산소와 질소를 효과적으로 분리하고 정제합니다. 심층 극저온 공기 분리 공정은 높은 에너지 소비와 복잡한 장비를 필요로 하지만, 효율적인 분리 효과와 고순도 제품 생산으로 인해 여러 산업 분야에서 필수적인 기술로 자리 잡았습니다.

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