Un impianto di separazione dell’aria è un impianto industriale che separa l’aria naturale, 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 krypton. 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. In alcune piante possono essere raccolte anche forme liquide di azoto o ossigeno.
Il processo di distillazione criogenica è una procedura in quattro fasi. Nella prima fase, l’aria atmosferica viene pulita e compressa a 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 passaggio 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, i gas o le molecole vengono attratti da una superficie adsorbente e formano uno strato sopra il materiale adsorbente. I setacci molecolari sono progettati per rimuovere anidride carbonica, acqua e gas di idrocarburi.
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 viene fatta passare attraverso questa camera, raggiunge temperature sufficientemente basse da 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 il refrigerante e un espansore o una valvola per generare un effetto Joule-Thomson, che fa sì che i gas componenti dell’aria si raffreddino e raggiungano uno stato liquido. I gas liquefatti vengono quindi raccolti e riscaldati a temperatura ambiente per la conservazione o l’uso.
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 immagazzinati nelle forme liquide o gassose per il successivo trasporto e utilizzo. Quantità maggiori dei gas distillati vengono solitamente trasportate nelle loro forme liquide da autocisterne. Quantità inferiori possono essere trasportate in bombole pressurizzate come gas.