Производство кислорода и азота методом короткоцикловой безнагревной адсорбции

А.К. Акулов —  Генеральный директор Научно-производственной компании «Провита», профессор, д.т.н.

Специалистам известно, что кислород успешно используется для интенсификации процесса цианирования золота. Эффективность золотодобычи связана с сокращением технологического цикла, т.е. с повышением в десятки раз скорости растворения золота в цианистых растворах, повышением степени его извлечения, сокращением числа стадий процесса его добычи, снижением себестоимости его получения.

Практика показала, что при отсутствии кислорода в растворе цианида совершенно прекращается растворение металла даже при наличии достаточной концентрации цианида. Кроме того, для обеспечения высокой скорости растворения золота желательно осуществлять процесс цианирования в атмосфере кислорода под повышенным давлением.

Наиболее оптимальным оборудованием для накислороживания пульпы являются адсорбционные кислородные установки, работающие по циклу безнагревной адсорбции.

Ведущим российским производителем таких установок является Научно-производственная компания «Провита», имеющая богатый многолетний опыт сотрудничества с золотодобывающими предприятиями России с 2009 г.

В результате внедрения нового кислородного оборудования на многих предприятиях эффективность процесса цианирования увеличилась в десятки раз, увеличился прирост степени извлечения золота, снизились потери цианида и щелочи. Учитывая важность общегосударственной задачи увеличения золотовалютных запасов, компания «Провита» работает над разработкой нового более производительного и энергоэффективного оборудования для решения важнейших технологических задач отрасли.

Основным источником азота и кислорода является атмосферный воздух. Для промышленного производства этих газов используют метод криогеной ректификации, короткоцикловую безнагревную адсорбцию или мембранную технологию. Метод короткоцикловой безнагревной адсорбции (КБА), основанный на патенте американского изобретателя Скарстрома, стал использоваться в промышленности с 60-х годов прошлого века. 

Рис. 1. Адсорбционные кислородные установки

Криогенные установки позволяют осуществлять комплексное разделение воздуха с извлечением всех его компонентов при относительно небольших удельных затратах энергии. Метод криогенной ректификации целесообразно использовать при разделении не менее 1000 м3/час воздуха, т.е. при получении достаточно больших количеств азота, кислорода, аргона. 

Мембранные технологии, появившиеся сравнительно недавно, используются для получения азота чистотой 95–99,9 % или кислорода чистотой не более 40 %. В основе мембранных систем лежит разница в скорости проникновения компонентов газа через специальные мембраны. 

В 70-е годы было обнаружено, что при осушке воздуха на цеолитах методом КБА одновременно происходит его обогащение кислородом. Это связано с тем, что на цеолитовых молекулярных ситах адсорбционная емкость по азоту примерно в 2 раза выше емкости по кислороду. После этого были предложены схемы получения кислорода методом адсорбции. В 80-е годы в мире уже работали десятки адсорбционных установок, производящих кислород чистотой 93 %. К настоящему времени их количество составляет сотни тысяч.

С конца прошлого столетия адсорбционная технология активно используется и для получения чистого азота. Это связано с появлением на рынке высокоэффективных углеродных молекулярных сит с развитой специфической микропористой структурой. 

Рис. 2. Адсорбционная азотная станция в контейнере ЛУКОЙЛа

Адсорбционные установки работают полностью в автономном режиме, в случае прекращения потребления азота или кислорода они переходят в режим ожидания. Производи тельность адсорбционных установок варьируется от нескольких литров до сотен кубических метров в 1 час. Срок эксплуатации установок без замены адсорбента составляет не менее 10–15 лет.

Газообразный кислород с чистотой от 90 до 95 %, кроме золотодобывающей промышленности, широко используется при сварке и пайке металлов, черновой резке металлов, огневой обработке стекла, извлечении благородных металлов из руд и т. п. Широкому внедрению адсорбционных установок способствовали их конкурентные преимущества перед альтернативными (в основном криогенным) способами получения кислорода. В отличие от него адсорбционный способ позволяет создавать сверхмалые установки, позволяющие решать локальные задачи. При этом выход на режим адсорбционного генератора не превышает 10–15 мин. Кроме того, прогресс в разработке оптимальных схем и адсорбентов привел к тому, что к настоящему времени стоимость кислорода оказалась практически одинаковой для обоих способов его получения.

Однако в настоящее время криогенный способ все еще является лидером на рынке многотоннажного производства кислорода за счет его более высокой чистоты, позволяющий получать продукт с содержанием примесей менее 0,5 %.

Промышленное применение газообразного азота обусловлено его инертными свойствами. Газообразный азот пожаро- и взрывобезопасен, препятствует окислению, гниению. В нефтехимии азот применяется для продувки резервуаров и трубопроводов, проверки работы трубопроводов под давлением, увеличения выработки месторождений. В горно-добывающем деле азот может использоваться для создания в шахтах взрывобезопасной среды, для распирания пластов и т.д.

Рис. 3. Заводские испытания кислородного оборудования

Научно-производственная компания «Провита» производит оборудование для адсорбционного разделения воздуха с 1991 г. и является ведущим российским разработчиком и производителем кислородных и азотных адсорбционных установок. При использовании этих установок существенно сокращаются производственные затраты. Это достигается за счет низкой себестоимости производимого газа, относительно невысоких капитальных затратах, а также благодаря использованию уникальных технологических решений и высокой надежности адсорбционных генераторов.

Стандартная комплектация адсорбционной установки включает: винтовой компрессор для сжатия атмосферного воздуха, рефрижераторный или адсорбционный осушитель, блок фильтров для очистки воздуха от паров масла, воздушный ресивер, адсорбционный генератор для разделения воздуха и продукционный ресивер. В качестве дополнительных опций используются бустеры для повышения давления продукционного газа, в том числе для закачки газа в баллоны. 

Все оборудование может быть смонтировано в специальном контейнерном модуле, оснащенном системами освещения, отопления, вентиляции, пожарной и охранной сигнализацией, системой пожаротушения. Контейнер рассчитан для эксплуатации в диапазоне температур от -50 до +45 °С.

Блок газоразделения снабжен системой управления типа PCS-8, которая обеспечивает:

• гибкую настройку параметров процесса;
• непрерывный контроль и мониторинг всех параметров процесса;   
• автоматическую остановку оборудования при выходе значений контролируемых параметров за установленные пределы с выводом аварийного сигнала;
• автоматическую остановку генератора при прекращении потребления продукционного газа;   
• автоматический пуск при возобновлении потребления продукционного газа;
• возможность вывода информации на внешние устройства.

Система управления PCS-8 обеспечивает контроль основных параметров процесса, имеет счетчик времени работы, таймер наработки и другие функции. 

Компания «Провита» накопила уникальный опыт в проектировании, изготовлении, поставке и обслуживании оборудования для получения газообразного кислорода и азота и заработала репутацию надежного производителя адсорбционного оборудования и проверенного его поставщика. В таблице 1 приведены основные характеристики крупных кислородных генераторов торговой марки «Провита».

Наименование	Производительность		Габариты, мм (Ш х Гл х В)
	н.л/мин	н.м3/час
Провита 550 Bi	550	33	1500 х 1700 х 2400
Провита 750 Bi	750	45	2100 х 1800 х 2500
Провита 1000 Bi	1000	60	2200 х 2000 х 2550
Провита 1400 Bi	1400	84	2250 х 2200 х 2600
Провита 1900 Bi	1900	114	2460 х 2500 х 2900
Провита 5800 Bi	5800	318	3200 х 3400 х 3000

Табл. 1. Основные технические характеристики крупных кислородных генераторов торговой марки «Провита» серии «Бицикл»

При производстве адсорбционных установок компания «Провита» использует высококачественные комплектующие и современные материалы от ведущих отечественных и мировых производителей, все оборудование проходит многоступенчатый контроль качества. Отлаженный производственный процесс и многолетний опыт работы позволяют выпускать высоконадежное оборудование, способное бесперебойно производить азот или кислород 24 часа в сутки, 365 дней в году.

Адсорбционные установки работают полностью в автоматическом режиме и не требуют постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Компания «Провита» предлагает широкую линейку адсорбционных установок производительностью от 50 до 6000 л/мин и постоянно работает над совершенствованием адсорбционной технологии получения чистых кислорода и азота, повышая надежность оборудования и уменьшая удельные энергозатраты на их производство. 

---

ООО «Провита»
Тел.: (812) 334-56-38,
(800) 100-56-38
E-mail: info@provita.ru
www.provita.ru

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 1 (35)/март 2017 г.