中国: 技術浄化 - 新しい技術? 

「新しいテクノロジー」について聞くのはいつですか?工業用アルゴンの精製では、ある種の画期的な膜または反応器がすぐに出現します。しかし実際には、多くの場合、目新しさというよりは、特定の、多くの場合非常に汚いフローに対して既知のプロセスを適切に組み立て、適応させることが重要になります。多くの人は、特に最初は、良い吸着剤を買えば十分だと考えていますが、それで問題は解決します。その後、不純物は教科書どおりに動作しないことが判明し、窒素では完璧に機能した装置がアルゴンでは「気まぐれ」になり始めます。これが最も話す価値のあることです。

理論からワークショップへ: 本当の困難はここから始まる

たとえば、酸素と窒素からの吸着精製を行う古典的なスキームを考えてみましょう。理論的には、銅含有触媒、水素、「深層」乾燥など、すべてが明らかです。 しかし、この設備を生産に持ち込むと、アルゴンは主生成物ではなく空気分離からの副流であり、微妙な違いが生じ始めます。メインカラムの作動により圧力が「急上昇」する可能性があり、流入ストリームの温度は不安定になります。パスポートでは5年間有効に設計されているこの触媒は、2年を過ぎると活性を失い始める。なぜ？アルゴンとともに、コンプレッサーオイルからの炭化水素の痕跡が存在しますが、これは実験室の条件では存在しませんでした。数は少ないですが、触媒にとっては毒です。そして今では、99.999% の純度ではなく 99.99% の出力が得られます。これは多くの溶接や電子アプリケーションにとって重要です。

彼らは多くの場合、問題を正面から解決しようとします。 — これらの微量の油を蒸発させて入口で遮断するために、原材料を加熱する追加の蒸発器ボイラーを設置します。しかし、これは新たなエネルギー消費であり、新たな制御点です。場合によっては、原料アルゴンの供給業者と協力して抽出ユニットを最新化し、一次圧縮段階でより効率的なオイルセパレーターを設置する方が簡単で安価であることが判明しました。これは私たちの直接の責任分野ではありませんが、そのような体系的なアプローチがなければ、私たちのすべての「新しい」洗浄技術は行き詰まります。

私たちは、遼寧省の冶金工場の一つで経験がありました。お客様からは、深部乾燥ユニットの吸着剤が頻繁に交換されることに苦情が寄せられました。私たちは到着して調べました。再生システムは標準サイクル向けに設計されていましたが、原料中の水蒸気含有量の増加（一種の局所的特異性）により、吸着剤が乾燥する時間がまったくありませんでした。 ?新技術?ここではゼオライトを最新のものに置き換えるのではなく、再生サイクルを再計算し、パージ温度を上げ、再生ガスを加熱するための単純な追加の熱交換器を設置しました。うまくいきました。イノベーションとは、単により慎重なエンジニアリングを意味する場合があります。

酸素と窒素: すべての不純物が同様に役に立たないわけではありません

すべては酸素を使って行われたようです - 触媒による水への水素化とそれに続く吸着。しかし、キーワードは「触媒」です。計算よりも酸素が多い場合、たとえば 0.5% ではなく 2% がある場合、反応の熱制御に問題が発生します。多量の熱が発生するため、反応器を複雑化し、多層化し、効率よく除去する必要がある。また、酸素が少なくても窒素と組み合わされている場合は、プロセスを組み合わせる必要があります。彼らは多くの場合、カスケードを設定します。最初に酸素をほぼ完全に除去し、次に低温の吸着体または膜上で窒素を作用させます。

窒素の場合はさらに興味深いです。多くの場合、これを削除するのが最もコストがかかる手順です。極低温蒸留は効果的ですが、中量および少量の場合はエネルギーを大量に消費します。ゼオライトを使用した圧力スイング吸着 (PSA) は一般的ですが、前段階で非常に高品質の乾燥が必要です。そうしないと、ゼオライトがすぐに「浮いて」しまいます。近年、膜分離についてよく話題になっています。そう、これはこのセグメントの新技術と言えるでしょう。アルゴンよりも窒素を選択的に速く通過させる中空糸膜。しかし、やはり微妙な点があります。凝縮に敏感で、安定した圧力が必要です。そして重要なことに、たとえば 99.9995% 以上の非常に高純度のアルゴンを取得する必要がある場合、効率が低下します。このような場合、最終的な、より正確な (そして高価な) 設置の応力を軽減するための予備ステップとしてメンブレンが使用されることがよくあります。

私たちは設計でハイブリッド回路をよく使用します。たとえば、四川省で光ファイバー用の純アルゴンを生成するプロジェクトでは、触媒による O2 除去 -> 深部乾燥 -> 膜ブロック (N2 を 3% から 0.5% に削減) -> 仕上げの低温吸着ブロックという組み合わせが使用されました。これにより、純粋な極低温設計と比較して、全体の運用コストが約 15% 削減されました。しかし、コンポーネントの設計と選択にはほぼ 6 か月かかりました。

水と炭化水素: 純度を脅かすサイレントキラー

乾燥についてはすでに述べましたが、これについては別のトピックとして取り上げます。多くの人は、完全に「乾燥」させることがどれほど難しいかを過小評価しています。アルゴンを露点レベル -70°C 以下にします。特に変動負荷条件下では。ゼオライトまたは酸化アルミニウムを使用した標準的な吸着剤は対応しますが、その再生サイクルは生産スケジュールに厳密に結び付ける必要があります。実際に吸着剤を飽和させるのではなく、単に一定時間だけ機能する自動化は失敗のもとです。負荷を予測するために、少なくとも各吸着器の出口に、理想的には入口に露点分析装置を設置することを強く主張します。

炭化水素は別の悩みの種です。それらの量は微量かもしれませんが、エレクトロニクス産業にとっては、アセチレンやプロパンの痕跡さえも死を意味します。この場合、活性炭への吸着が役に立ちますが、活性炭は頻繁に交換する必要があり、活性炭自体が粉塵の発生源になる可能性があります。接触酸化もオプションですが、酸素の正確な投与量と、やはり熱管理が必要です。場合によっては、熱交換器で凍結させてから解凍するという古き良き方法が最も効果的です。この技術は新しいものではありませんが、正確な温度制御を備えたコンパクトでエネルギー効率の高いシェルアンドチューブ装置への実装はすでに最新のソリューションです。

江蘇省のソーラーパネル工場の1つで、周期的な「爆発」の問題があったのを覚えていますか？炭化水素。彼らは一週間かけて情報源を探しました。原因はメインプロセスではなく、アルゴンを供給する前に一般ネットワークから窒素をパイプラインに定期的にパージしていたことであることが判明した。そのネットワーク内の窒素は完全に純粋ではありませんでした。別のパージ手順を規定し、作業場への入力ラインに追加の使い捨てフィルター吸収装置を取り付ける必要がありました。些細な事だが、回線全体が一日停止していた。

制御と自動化: これらがなければテクノロジーは機能しません

最先端の洗浄計画も、適切な制御システムがなければ意味がありません。しかし、多すぎることと十分なことの間には紙一重の境界線があります。ガスクロマトグラフとレーザー酸素/水分分析装置を組み合わせて使用​​できる場合は、各ラインに質量分析計を設置する必要はありません。主要なポイントを制御することが重要です。原材料の入力 (作業内容を理解するため)、主要ブロックの出力 (触媒、吸着、膜)、そしてもちろん最終製品です。

自動化は単なる「開始」ボタンではありません。原材料の組成変化を考慮したロジックです。たとえば、入口センサーが酸素含有量の増加を検出した場合、システムは自動的に反応器への水素の供給を増やし、場合によっては反応器の温度を調整する必要があります。または、湿度が上昇した場合には、吸着体のスイッチング周波数を増加させます。たとえば、私たちのプロジェクトでは、成都宜之科技有限公司（これは華西テクノロジーによって設立された設計機関です）、お客様のニーズに応じて、設備が「標準」、「重量原料」、「省エネ」のいくつかの自動モードで動作できることを常に保証します。彼らの設計アプローチに関する情報は、Web サイトで見つけることができる場合があります。https://www.yzkjhx.ru。化学技術における彼らの経験は、一見標準的なガス分離問題に対して、標準的ではないものの実行可能な解決策を提供することがよくあります。

回路から人を完全に排除しようとするのは間違いです。このアルゴリズムは、コンプレッサーで奇妙なノイズを聞いたり、センサーが表示する前にインジケーター カートリッジの色を変えて問題を疑ったりするオペレーターに代わるものではありません。したがって、インターフェイスは美しいだけでなく、単なる事故ではなく、重要なパラメータの傾向、境界条件への接近に関する警告など、有益なものである必要があります。

清潔さの経済学: 「新しい」のはいつですか?古くて証明されていることが判明

結局のところ、どんなテクノロジーもお金に行き着くのです。顧客は純粋なアルゴンを最小限の価格で求めています。そして、ここでは多くの場合、最も先進的なものではありませんが、最も信頼性と保守性の高いインストールが勝利を収めます。時には「新しいテクノロジー」顧客が恩恵を受けるのは、最新世代の膜ではなく、生産全体を停止することなく迅速にサービスを提供できる、考え抜かれたモジュール設計です。あるいは、最初はより耐久性があり、場合によってはより高価な材料を使用することもできます (たとえば、主要コンポーネントに 304 ステンレス鋼の代わりに 316L ステンレス鋼を使用するなど)。これは、修理までの走行距離を増やすことで効果が得られます。

最近、「デジタルツイン」が話題になっています。そして予測分析。これは間違いなく未来です。しかし今日、中国で操業しているテクルゴン浄化プラントの大半にとっては、有能な派遣、訓練を受けた要員、そして同じ触媒やフィルターカートリッジなどの重要なスペアパーツの在庫の確保という、別のものがより重要になっている。ヨーロッパからキーバルブが届くまで3か月も待てば、最新鋭の原子炉は動かなくなってしまいます。

さて、タイトルの質問に戻ります。はい、新しいテクノロジーがあります。それは、膜、より選択的な吸着剤、スマート制御システムです。しかし、その実装は常にコスト、複雑さ、信頼性の間で妥協する必要があります。多くの場合、効率性における真の画期的な進歩は、革命的な発明からではなく、すでに稼働しているサイクルの骨の折れる最適化、教科書には記載されていない細部への注意から生まれます。これは本質的に、上記のような企業で応用エンジニアリングが行っていることです。成都宜之科技有限公司登録資本金は 1 億 2,000 万人民元で、2013 年以来蓄積された経験を持っています。他の多くの企業と同様に、彼らは車輪を再発明するというよりも、特定の道路や特定のドライバーに完璧に適合させる方法を学んでいます。そしておそらく、これが主要な「新技術」なのでしょうか？ — 適応技術。