General Design Consideration of Cryogenic Air Separation Unit for Esfahan Steel Company

Document Type : Original Article


1 Material and Energy Research Center, P. O. Box: 31787/316 Karaj, Iran

2 Acryogenic FZE, P. O. Box: 42271 Sharjah, UAE

3 Electrical Engineering Department, Sharif University of Technology, Tehran, Iran


 Cryogenic air separation unit is integral part of many industrial manufacturing plants like steelmaking, glass, chemical and petrochemicals industries where high purity argon, oxygen and nitrogen are required. Argon, nitrogen and oxygen quality, its production cost and its energy consumption are important parameters in any cryogenic air separation plant design. In this paper, the importance of parameters which used in designing the cryogenic air separation plant are evaluated. Here, in this paper, ESCO, referred to Esfahan steel company in designing cryogenic air separation unit. Products purity is the main issue in every cryogenic air separation plant design. Pressure and temperature variation must be well controlled within cryogenic air separation unit. The annual steel production of ESCO is about 2.5 Mt pre year and it is planned to increase its production to 3.2 Mt by end of 2016. ESCO requires about 300×106 Nm3/y (34300 Nm3/h) of oxygen for its present steel production. ESCO needs an additional 84×106 Nm3 (9600 Nm3/h) oxygen for its proposed 0.7 Mt crude steel production increase.


Main Subjects

Article Title [Persian]

نکات کلیدی در طراحی واحد جداسازی برودتی هوا برای ذوب آهن اصفهان

Authors [Persian]

  • فریدون علیخانی حصاری 1
  • عبدالله عبدالله 2
  • امید چهره گشا 3

1 پژوهشگاه مواد و انرژی، صندوق پستی 31787/316 ، ایران

2 شرکت 3Acryogenic FZE، صندوق پستی 42271 شارجه، دبی، امارات متحده عربی

3 دانشکده برق، دانشگاه شریف، صندوق پستی 11365-11155 تهران، ایران

Abstract [Persian]

واحد جداسازی برودتی هوا جزء لاینفک بیشتر صنایع فولاد، شیشه، شیمیایی و پتروشیمی است که همواره مقدار متنابهی اکسیژن، ازت و ارگون مایع با خلوص بالا مورد نیاز است. برای صنایع، کیفیت (خلوص) اکسیژن، ازت و ارگون، هزینه تفکیک و مایع کردن اجزاء هوا و مصرف انرژی از عوامل تاثیر­گذار بر انتخاب و طراحی واحدهای جداسازی برودتی هوا هستند. در این مقاله اثر­گذاری این عوامل بر روی طراحی واحد جدا­سازی برودتی هوا مورد بررسی قرار گرفته است. طراحی موجود با در نظر گرفتن پیش نیاز­های لازم برای یک واحد جداسازی برودتی هوا برای ذوب اهن اصفهان است. خلوص مورد نیاز اکسیژن، ازت و ارگون مایع از نکات کلیدی در طراحی است. کنترل مستعمر و موثر تغییرات فشار و درجه حرارت در برج تقطییر واحد جداسازی برودتی هوا برای ماندن در ناحیه تعادلی لازم بسیار مهم است. تولید سالانه ذوب اهن در حدود ۲/۵ میلیون است و در نظر است میزان تولید را به ۳/۲ میلیون تن در سال برسانند. در حال حاضر برای این میزان تولید در حدود ۱۰۶ × ۳۰۰  مترمکعب در سال اکسیژن مایع استفاده میکند و در حدود ۱۰۶ × ۸۶ متر مکعب در سال مازاد بر مقدار فعلی نیاز دارد.

Keywords [Persian]

  • جداسازی برودتی هوا
  • نکات طراحی
  • خلوص
  • شدت جریان
[1] A.  K. Firat, W. L. Woon, and S.  Madnick, “Technological forecasting–A review,” Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA, Working Paper CISL# 2008-15.
[2] Air Products (2005b). Gases and equipment online fact book, http://www. facts/factbook.htm
[3] Air Separation Unit (Engineering Design Guidelines) KLM TECHNOLOGY GROUP, Jan 2013
[4] The Basic Oxygen Steelmaking (BOS) Process, John Stubbles, Steel Industry Consultant, STEELWORKS, American Iron and Steel Institute.
[5] Xiao-bin Zhang, Jian-ye Cheng, Lei Yao, Yong-hua Huang, Xue-jun Zhang, Li-min Qiu, Research and development of large-scale cryogenic air separation in China, Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Apply Physic & Eng.), vol. 15(5) (2014), 309-322.
[6] Cryogenics and Ceramic Membranes: Current and Future Technologies for Oxygen Supply in Gasification Systems, Gasification for the Future, 4th European Gasification Conference, April, Noordwijk, Netherlands, 2000.
[7] Cryogenic Air Separation: History and technological progress, http://
[8] A. R. Smith, J. Klosek: A review of air separation technologies and their integration with energy conversion processes, Fuel Processing Technology, vol. 70(2001), 115–134.
[9] S. S. Amarkhail: Air Separation (diploma work), in the frame work of the project No. SAMRS 2009/09/02, Slovak University of Technology, Bratislava 2010.
[10] W. F. Castle, “Air separation and liquefaction: Recent developments and prospects for the beginning of the new millennium,” International Journal of Refrigeration, vol. 25 (2002), pp. 158-172.
[11] I. Pfaff and A. Kather,  Comparative Thermodynamic  analysis and integration issues of CCS  steam power plants based on oxy-combustion with cryogenic or membrane based air separation,” Energy Procedia Journal, vol. 1 (2009), pp. 495-502.
[12] D. R. Vinson, “Air separation control technology,” Computers and Chemical Engineering, vol. 30 (2006), pp. 1436-1446.