Che cos'è un impianto di separazione dell'aria?

Un impianto di separazione dell'aria è una struttura industriale che separa l'aria presente in natura, o aria atmosferica, nei suoi gas componenti. I gas raccolti nel processo includono ossigeno, azoto e argon, nonché alcuni gas inerti come neon, xeno e kripton. Poiché azoto e ossigeno sono i due gas più comuni nell'atmosfera terrestre, questi due elementi costituiscono la maggior parte dei gas raccolti in questo processo.

Il processo impiegato in un impianto di separazione dell'aria è chiamato distillazione criogenica. Raffreddando l'aria atmosferica a temperature estremamente basse, i gas componenti possono essere separati e raccolti. Forme liquide di azoto o ossigeno possono anche essere raccolte in alcune piante.

Il processo di distillazione criogenica è una procedura in quattro fasi. Nella prima fase, l'aria atmosferica viene pulita e compressa in un intervallo di pressione da 5 a 10 bar (4-9 atmosfere). Il processo di pulizia rimuove polvere e contaminanti che potrebbero interferire con il processo di raffreddamento. Il processo di compressione riscalda l'aria per rimuovere le tracce di umidità prima di passare l'aria compressa a uno scambiatore di calore per il raffreddamento.

Quando l'aria compressa è stata raffreddata, il passo successivo è la purificazione. Questo processo comporta il passaggio dell'aria attraverso un setaccio molecolare, che filtra l'aria mediante un processo chiamato adsorbimento. In questo processo, gas o molecole sono attratti da una superficie di adsorbente e formano uno strato sopra il materiale adsorbente. I setacci molecolari sono progettati per rimuovere anidride carbonica, acqua e gas idrocarburici.

Dopo che l'aria è stata purificata, può essere tranquillamente passata alla camera di raffreddamento e distillazione. La camera di raffreddamento è costituita da uno scambiatore di calore e flussi criogenici. Quando l'aria passa attraverso questa camera, raggiunge temperature sufficientemente basse per consentire la distillazione dei gas componenti.

La distillazione dell'aria avviene nella colonna di distillazione. A seconda dei gas da raccogliere, l'aria può passare attraverso più di una colonna di distillazione. Questo componente utilizza refrigerante e un espansore o una valvola per generare un effetto Joule-Thomson, che provoca il raffreddamento dei gas componenti dell'aria e il raggiungimento di uno stato liquido. I gas liquefatti vengono quindi raccolti e riscaldati a temperatura ambiente per essere conservati o utilizzati.

I gas prodotti da un impianto di separazione dell'aria sono utilizzati in molti processi industriali. In alcuni casi, queste forme gassose di questi elementi vengono trasportate agli utenti industriali tramite condotte dirette. In altri casi, gli elementi raccolti possono essere conservati in forma liquida o gassosa per il trasporto e l'uso successivi. Grandi quantità di gas distillati vengono solitamente trasportate nella loro forma liquida da autocisterne. Piccole quantità possono essere trasportate in bombole sotto pressione sotto forma di gas.