Αζώτο, που θεωρείται η "πέμπτη μεγαλύτερη χρήση" στη βιομηχανική παραγωγή

Το άζωτο, που θεωρείται η «πέμπτη μεγαλύτερη χρησιμότητα» στη βιομηχανική παραγωγή, είναι εξίσου σημαντικό με το νερό, τον ηλεκτρισμό, το φυσικό αέριο και τον πεπιεσμένο αέρα και χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορα βιομηχανικά σενάρια. Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι απόκτησης αζώτου: ο ένας βασίζεται σε τρίτους προμηθευτές (όπως αέριο κυλίνδρων, υγρό άζωτο και κρυογονικός διαχωρισμός αέρα στο εργοτάξιο) και ο άλλος είναι η παραγωγή αζώτου εντός της επιχείρησης. Με τις αυξανόμενες απαιτήσεις για μείωση κόστους και αποτελεσματικότητα στη βιομηχανία,επιτόπια παραγωγή αζώτουέχει γίνει η κυρίαρχη τάση της αγοράς.Atlas Copco, αξιοποιώντας την τεχνογνωσία της στον εξοπλισμό αερίου, μπορεί να παρέχει εξατομικευμένες λύσεις παραγωγής αζώτου επί τόπου βάσει των ειδικών απαιτήσεων καθαρότητας και ταχύτητας ροής μιας εταιρείας, βοηθώντας τις εταιρείες να ελέγχουν το κόστος μεγιστοποιώντας την ποιότητα του αζώτου. Αυτό το άρθρο θα σας καθοδηγήσει στις τάσεις ανάπτυξης, τα βασικά πλεονεκτήματα, τις τεχνικές αρχές και τις βιομηχανικές εφαρμογές της επιτόπιας παραγωγής αζώτου, παρέχοντας μια αναφορά για την επιλογή λύσεων προμήθειας αζώτου.

Το παραδοσιακό μοντέλο της εξάρτησης από τρίτους προμηθευτές αζώτου (όπως φιαλών αερίου και δεξαμενές αποθήκευσης υγρού αζώτου) έχει πολλά σημεία πόνου: η επιμελητεία και η μεταφορά έχουν βαρύ περιβαλλοντικό βάρος, οι εργαζόμενοι πρέπει να αφιερώνουν χρόνο στη διαχείριση της αλυσίδας εφοδιασμού, το αέριο σπαταλάται εύκολα, υπάρχουν κίνδυνοι για την ασφάλεια και το συνολικό μακροπρόθεσμο κόστος είναι υψηλό.

Η επιτόπια παραγωγή αζώτου μπορεί να λύσει τέλεια αυτά τα προβλήματα και τα βασικά της πλεονεκτήματα μπορούν να συνοψιστούν σε 6 σημεία:

1. Χαμηλότερο κόστος: Το κόστος παραγωγής αζώτου ανά μονάδα είναι μόνο ένα κλάσμα του κόστους τρίτων προμηθευτών, με αποτέλεσμα σημαντικά μακροπρόθεσμα οφέλη.
2. Το κόστος είναι ελεγχόμενο: δεν υπάρχει ανάγκη υπογραφής μακροπρόθεσμων και σύνθετων συμβάσεων προμήθειας τρίτων και το κόστος είναι σταθερό και προβλέψιμο.
3. Μηδενική σπατάλη: Η παραγωγή αζώτου είναι ευθέως ανάλογη με τη χρήση και δεν θα υπάρχει αδράνεια ή σπατάλη αερίου.
4. Μειώστε το κόστος διαχείρισης: Εξάλειψη διαδικασιών όπως η μεταφορά αζώτου, η επεξεργασία παραγγελιών και η συμφωνία πληρωμών, μειώνοντας την απαιτούμενη προσπάθεια διαχείρισης.
5. Πιο ασφαλές: Δεν χρειάζεται να αποθηκεύονται μεγάλες ποσότητες φιαλών αερίου υψηλής πίεσης ή υγρού αζώτου επί τόπου, μειώνοντας τους κινδύνους για την ασφάλεια στο περιβάλλον εργασίας.
6. Χαμηλές περιβαλλοντικές επιπτώσεις: Μειώνει τις εκπομπές άνθρακα κατά τη μεταφορά και εξαλείφει την ανάγκη για δοχεία αποθήκευσης υψηλής έντασης πόρων.

Για εταιρείες με σταθερή ημερήσια ζήτηση αζώτου, η επιτόπια παραγωγή αζώτου είναι αναμφίβολα καλύτερη επιλογή, καθώς μπορεί να βελτιώσει τη λειτουργική απόδοση από πολλαπλές διαστάσεις, όπως η αλυσίδα εφοδιασμού, το κόστος και η ασφάλεια.

Η επιτόπια παραγωγή αζώτου βασίζεται κυρίως σε δύο βασικές τεχνολογίες: τεχνολογία διαχωρισμού μεμβράνης καιτεχνολογία προσρόφησης αιώρησης πίεσης (PSA).. Τα δύο έχουν διαφορετικές αρχές και εφαρμόσιμα σενάρια και μπορούν να επιλεγούν με ευελιξία σύμφωνα με τις ανάγκες των επιχειρήσεων.

Το βασικό συστατικό της παραγωγής αζώτου με διαχωρισμό μεμβράνης είναι η «μονάδα μεμβράνης» (διάμετρος περίπου 10 cm), η οποία είναι γεμάτη με μεγάλο αριθμό κοίλων πολυμερών ινών. Η διαδικασία παραγωγής αζώτου μπορεί να συνοψιστεί ως "διαχωρισμός διείσδυσης".

• Αφού εισέλθει ξηρός και καθαρός πεπιεσμένος αέρας στη μονάδα μεμβράνης, διαφορετικά συστατικά στον αέρα θα περάσουν μέσα από το τοίχωμα της πολυμερικής ίνας με διαφορετικές ταχύτητες λόγω διαφορών στις μοριακές ιδιότητες (αυτή η διαδικασία ονομάζεται "όσμωση").
• Τα μόρια του νερού (H2O) διαπερνούν ταχύτερα και είναι τα πρώτα που περνούν από το τοίχωμα της ίνας και αποβάλλονται. Τα μόρια οξυγόνου (O2) διαπερνούν το δεύτερο πιο γρήγορα και αποβάλλονται αργότερα.
• Τα μόρια αζώτου (N2) έχουν τον πιο αργό ρυθμό διείσδυσης και δεν μπορούν να περάσουν από το τοίχωμα της ίνας. Τελικά παραμένουν μέσα στην ίνα και ρέουν έξω από το άλλο άκρο της μεμβράνης, καθιστώντας χρησιμοποιήσιμο αέριο άζωτο.
• Για να αποτραπεί η δημιουργία υπερπίεσης από αδιαπέραστα αέρια και η απόφραξη των ινών στο εσωτερικό του κελύφους της μεμβράνης, το κέλυφος της μεμβράνης είναι εξοπλισμένο με "οπές διείσδυσης" για την έγκαιρη εκκένωση "αποβλήτων αερίων" όπως το νερό και το οξυγόνο.

• Ο αέρας εισαγωγής πρέπει να είναι καθαρός και στεγνός: Εάν ο πεπιεσμένος αέρας περιέχει υγρό νερό ή ακαθαρσίες, θα φράξει τις ίνες του διαφράγματος και θα μειώσει τη διάρκεια ζωής του. Επομένως, πρέπει να εγκατασταθεί ένας διαχωριστής νερού (όπως ένα στεγνωτήριο ψύξης) ανάντη της γεννήτριας αζώτου. Ορισμένα μοντέλα διαθέτουν ήδη ενσωματωμένα φίλτρα και στεγνωτήρια, επομένως δεν απαιτείται πρόσθετη εγκατάσταση.
• Επιτρέπεται μια μικρή ποσότητα υδρατμών: Οι ίνες της μεμβράνης μπορούν να ανεχθούν μια ορισμένη ποσότητα υδρατμών, επομένως δεν χρειάζεται υπερβολική επεξεργασία της υγρασίας του αέρα εισαγωγής, αλλά πρέπει να αποφεύγεται απολύτως η είσοδος υγρού νερού.

Η παραγωγή αζώτου του PSA βασίζεται σε έναν κύκλο «προσρόφησης-αναγέννησης». Τα εξαρτήματα του πυρήνα είναι δύο δοχεία πίεσης (πύργος Α και πύργος Β) που περιέχουν "μοριακά κόσκινα άνθρακαΗ συνεχής παραγωγή αζώτου επιτυγχάνεται με την αλλαγή των καταστάσεων λειτουργίας των δύο πύργων.

• Στάδιο προσρόφησης: Ο ξηρός και καθαρός πεπιεσμένος αέρας εισέρχεται στον πύργο Α και το μοριακό κόσκινο άνθρακα θα προσροφήσει κατά προτίμηση ακαθαρσίες όπως οξυγόνο (O2), διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και υδρατμούς (τα μόρια οξυγόνου είναι μικρότερα και μπορούν να εισέλθουν στους πόρους του μοριακού κόσκινου, ενώ τα μόρια αζώτου δεν μπορούν και τα μόρια είναι μεγαλύτερα). το μη προσροφημένο άζωτο απορρίπτεται από τον πύργο Α και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ή να αποθηκευτεί απευθείας.
• Στάδιο αναγέννησης: Όταν ο πύργος Α είναι κορεσμένος με προσρόφηση, το σύστημα μεταβαίνει στον πύργο Β (ο πύργος Β εισέρχεται στο στάδιο προσρόφησης και παράγει συνεχώς άζωτο). Ταυτόχρονα, μια μικρή ποσότητα αζώτου που απορρίπτεται από τον πύργο Α θα ρέει πίσω στον πύργο Α, μειώνοντας την πίεση μέσα στον πύργο Α. Μετά την πτώση της πίεσης, το μοριακό κόσκινο θα απελευθερώσει το προηγουμένως προσροφημένο οξυγόνο, το οποίο θα παρασυρθεί από το αντίστροφο άζωτο και θα εκκενωθεί.
• Οι δύο πύργοι εναλλάσσονται μεταξύ προσρόφησης και αναγέννησης για να επιτύχουν συνεχή και σταθερή παραγωγή αζώτου για 24 ώρες. Η γεννήτρια αζώτου της σειράς Atlas Copco NGP+ χρησιμοποιεί τεχνολογία PSA και είναι μια συσκευή "plug-and-play" που είναι απλή στη λειτουργία και εξαιρετικά αξιόπιστη.

• Ο αέρας εισαγωγής απαιτεί ενδελεχή επεξεργασία: Ο πεπιεσμένος αέρας πρέπει να υποστεί ξήρανση, αφαίρεση λαδιού και αφαίρεση σκόνης - εάν περιέχει λάδι ή υγρασία, θα μολύνει το μοριακό κόσκινο του άνθρακα, οδηγώντας σε μείωση της ικανότητας προσρόφησης. Επομένως, πρέπει να εγκατασταθεί στεγνωτήριο, φίλτρο λαδιού και φίλτρο άνθρακα μεταξύ του συμπιεστή και της γεννήτριας αζώτου.
• Προσθήκη προστασίας σφαλμάτων: Συνιστάται η εγκατάσταση αισθητήρων σημείου δρόσου πίεσης, θερμοκρασίας και πίεσης στη γεννήτρια αζώτου. Εάν ο αέρας εισαγωγής δεν πληροί τις απαιτήσεις, μπορεί να ρυθμιστεί έγκαιρα ένας συναγερμός για να αποφευχθεί η μόλυνση του συστήματος PSA.

Το αέριο άζωτο, λόγω των αδρανών (χαμηλής αντιδραστικότητας) και των άχρωμων και άοσμων ιδιοτήτων του, είναι κατάλληλο για ποικίλες βιομηχανικές ανάγκες. Τα κύρια σενάρια εφαρμογής του είναι τα ακόλουθα:

• Βασική λειτουργία: Αντικατάσταση του οξυγόνου στη συσκευασία, πρόληψη της οξείδωσης και της αλλοίωσης των τροφίμων και διατήρηση της γεύσης και του αρώματος του προϊόντος. Ταυτόχρονα, για παράταση της διάρκειας ζωής συσκευασμένων τροφίμων (όπως πατατάκια, αρτοσκευάσματα και εμφιάλωση ποτών).

• Βασική λειτουργία: Στη διαδικασία παραγωγής και συσκευασίας του φαρμάκου, το ξηρό άζωτο δημιουργεί ένα «αδρανές περιβάλλον» για να αποτρέψει το οξυγόνο από το να προκαλέσει περιττές χημικές αντιδράσεις στα φάρμακα και να διασφαλίσει την ποιότητα του φαρμάκου. Ταυτόχρονα, βοηθά τις φαρμακευτικές εταιρείες να μειώσουν το κόστος προμήθειας αερίου και να πληρούν τα πρότυπα συμμόρφωσης του κλάδου.

• Βασική λειτουργία: Τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα έχουν εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις για το περιβάλλον παραγωγής. Το άζωτο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συγκόλληση, συναρμολόγηση, αποθήκευση και άλλες διεργασίες: αποτρέπει την οξείδωση εξαρτημάτων κατά τη συγκόλληση, δημιουργεί ένα καθαρό και ελεγχόμενο περιβάλλον κατά τη συναρμολόγηση, αποφεύγει τη ζημιά από την υγρασία κατά την αποθήκευση και τελικά μειώνει το ποσοστό ελαττωμάτων.

• Λειτουργία πυρήνα: Σε αναλυτικές τεχνικές όπως π.χLC-MS(υγρή χρωματογραφία-φασματομετρία μάζας), το άζωτο χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση των διαλυτών από το δείγμα για την αποφυγή παρεμβολής του διαλύτη στα αποτελέσματα των μετρήσεων. Ταυτόχρονα, μπορεί να σχηματίσει ένα ουδέτερο προστατευτικό περιβάλλον για να εξασφαλίσει την ακρίβεια των πειραματικών δεδομένων.

• Βασική λειτουργία: Βελτίωση της λειτουργικής ασφάλειας – Χρησιμοποιήστε άζωτο για τον καθαρισμό συστημάτων συμπιεστών, αγωγών και αντιδραστήρων και εκκένωσης εύφλεκτων και εκρηκτικών αερίων για την πρόληψη πυρκαγιών ή εκρήξεων. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση του αφρού σε δεξαμενές αποθήκευσης λαδιού και τον έλεγχο της πίεσης κατά τη διάρκεια της γεώτρησης πετρελαίου και αερίου.

• Βασική λειτουργία: Το άζωτο μπορεί να μειώσει τη συγκέντρωση οξυγόνου στο περιβάλλον κάτω από το "περιορισμένη συγκέντρωση οξυγόνου(LOC)," αποτρέποντας την καύση εύφλεκτων ουσιών λόγω ανεπαρκούς οξυγόνου. Είναι μια από τις βασικές τεχνολογίες για τη βιομηχανική πυρασφάλεια παγκοσμίως.

• Βασικές λειτουργίες: Καλύπτοντας βιομηχανίες όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, οι κατασκευές, η επεξεργασία μετάλλων, η αεροδιαστημική, η παραγωγή μπαταριών και οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, χρησιμοποιείται κυρίως σε σενάρια όπως αντιοξείδωση, έλεγχος πίεσης και προστασία του περιβάλλοντος (όπως αδρανής προστασία κατά τη θερμική επεξεργασία μετάλλων και προστασία υγρασίας κατά την παραγωγή μπαταριών).

Εάν χρειάζεστε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την επιλογή επιτόπιων λύσεων παραγωγής αζώτου (όπως συγκεκριμένα σενάρια εφαρμογών για τεχνολογίες PSA και διαχωρισμού μεμβράνης) ή θέλετε να λάβετε υπολογισμούς ζήτησης αζώτου με στόμιο, αφήστε ένα μήνυμα στην ενότητα σχολίων. Μπορείτε επίσης να λάβετε περισσότερες τεχνικές πληροφορίες μέσω των επίσημων καναλιών της Atlas Copco.