L'azoto, considerato il "quinto più grande utilizzo" nella produzione industriale

L’azoto, considerato la “quinta più grande utilità” nella produzione industriale, è importante quanto l’acqua, l’elettricità, il gas naturale e l’aria compressa ed è ampiamente utilizzato in vari scenari industriali. Attualmente, esistono due modi principali per ottenere azoto: uno è affidarsi a fornitori terzi (come gas in bombole, azoto liquido e separazione criogenica dell'aria in loco) e l'altro è la generazione interna di azoto in loco. Con le crescenti richieste di riduzione dei costi e di efficienza nell’industria,generazione di azoto in locoè diventata la tendenza principale del mercato.Atlas Copco, sfruttando la propria esperienza nelle apparecchiature per gas, è in grado di fornire soluzioni personalizzate per la generazione di azoto in loco basate sui requisiti specifici di purezza e portata di un'azienda, aiutando le aziende a controllare i costi massimizzando al tempo stesso la qualità dell'azoto. Questo articolo ti guiderà attraverso le tendenze di sviluppo, i vantaggi principali, i principi tecnici e le applicazioni industriali della generazione di azoto in loco, fornendo un riferimento per la selezione della soluzione di fornitura di azoto.

Il modello tradizionale di affidamento a fornitori di azoto di terze parti (come lo stoccaggio di bombole di gas e serbatoi di stoccaggio di azoto liquido) presenta molti punti critici: la logistica e i trasporti hanno un pesante onere ambientale, i dipendenti devono dedicare tempo alla gestione della catena di approvvigionamento, il gas viene facilmente sprecato, ci sono rischi per la sicurezza e il costo totale a lungo termine è elevato.

La generazione di azoto in loco può risolvere perfettamente questi problemi e i suoi vantaggi principali possono essere riassunti in 6 punti:

1. Costo inferiore: il costo unitario di produzione dell’azoto è solo una frazione di quello dei fornitori terzi, con conseguenti vantaggi significativi a lungo termine;
2. I costi sono controllabili: non è necessario stipulare lunghi e complessi contratti di fornitura con terzi e i costi sono stabili e prevedibili;
3. Zero rifiuti: La produzione di azoto è direttamente proporzionale all'utilizzo e non vi sarà gas inattivo o spreco.
4. Ridurre i costi di gestione: Eliminare processi quali il trasporto dell'azoto, l'elaborazione degli ordini e la riconciliazione dei pagamenti, riducendo la quantità di sforzi di gestione richiesti;
5. Più sicuro: Non è necessario immagazzinare grandi quantità di bombole di gas ad alta pressione o azoto liquido in loco, riducendo i rischi per la sicurezza nell'ambiente di lavoro;
6. Basso impatto ambientale: Riduce le emissioni di carbonio durante il trasporto ed elimina la necessità di contenitori di stoccaggio ad alta intensità di risorse.

Per le aziende con una domanda giornaliera stabile di azoto, la generazione di azoto in loco è senza dubbio una scelta migliore, poiché può migliorare l’efficienza operativa sotto molteplici aspetti, quali catena di approvvigionamento, costi e sicurezza.

La generazione di azoto in loco si basa principalmente su due tecnologie principali: la tecnologia di separazione a membrana etecnologia di assorbimento con oscillazione di pressione (PSA).. I due hanno principi e scenari applicabili diversi e possono essere selezionati in modo flessibile in base alle esigenze delle imprese.

Il componente principale della generazione di azoto mediante separazione a membrana è il "modulo membrana" (circa 10 cm di diametro), riempito con un gran numero di fibre polimeriche cave. Il processo di generazione dell'azoto può essere riassunto come "separazione per permeazione".

• Dopo che l'aria compressa secca e pulita entra nel modulo a membrana, i diversi componenti dell'aria passeranno attraverso la parete della fibra polimerica a velocità diverse a causa delle differenze nelle proprietà molecolari (questo processo è chiamato "osmosi").
• Le molecole d'acqua (H₂O) permeano più velocemente e sono le prime ad attraversare la parete della fibra e ad essere espulse; le molecole di ossigeno (O₂) permeano il secondo più velocemente e vengono espulse successivamente.
• Le molecole di azoto (N₂) hanno la velocità di permeazione più lenta e non possono passare attraverso la parete della fibra. Alla fine rimangono all'interno della fibra e fuoriescono dall'altra estremità della membrana, diventando gas azoto utilizzabile.
• Per evitare che i gas impermeabili creino una sovrapressione e ostruiscano le fibre all'interno dell'involucro della membrana, l'involucro della membrana è dotato di "prese d'aria di permeazione" per scaricare tempestivamente i "gas di scarico" come acqua e ossigeno.

• L'aria aspirata deve essere pulita e asciutta: se l'aria compressa contiene acqua liquida o impurità, ostruirà le fibre del diaframma e ne ridurrà la durata. Pertanto, è necessario installare un separatore d'acqua (come un essiccatore a refrigerazione) a monte del generatore di azoto. Alcuni modelli sono già dotati di filtri ed essiccatori integrati, quindi non è necessaria alcuna installazione aggiuntiva.
• È consentita una piccola quantità di vapore acqueo: le fibre della membrana possono tollerare una certa quantità di vapore acqueo, quindi non è necessario trattare eccessivamente l'umidità dell'aria aspirata, ma è assolutamente necessario evitare l'ingresso di acqua liquida.

La produzione di azoto PSA si basa su un ciclo di "adsorbimento-rigenerazione". I componenti principali sono due recipienti a pressione (torre A e torre B) contenenti "setacci molecolari del carbonio." La produzione continua di azoto si ottiene scambiando gli stati operativi delle due torri.

• Fase di assorbimento: L'aria compressa secca e pulita entra nella torre A e il setaccio molecolare del carbonio adsorbirà preferenzialmente impurità come ossigeno (O₂), anidride carbonica (CO₂) e vapore acqueo (le molecole di ossigeno sono più piccole e possono entrare nei pori del setaccio molecolare, mentre le molecole di azoto sono più grandi e non possono entrare); l'azoto non adsorbito viene scaricato dalla torre A e può essere utilizzato o stoccato direttamente.
• Fase di rigenerazione: Quando la torre A è satura di adsorbimento, il sistema passa alla torre B (la torre B entra nella fase di adsorbimento e produce continuamente azoto); allo stesso tempo, una piccola quantità di azoto scaricato dalla torre A rifluirà nella torre A, riducendo la pressione all'interno della torre A. Dopo la caduta di pressione, il setaccio molecolare di carbonio rilascerà l'ossigeno precedentemente adsorbito, che verrà portato via dall'azoto inverso e scaricato.
• Le due torri alternano l'adsorbimento e la rigenerazione per ottenere una produzione di azoto continua e stabile per 24 ore. Il generatore di azoto della serie NGP+ di Atlas Copco utilizza la tecnologia PSA ed è un dispositivo "plug-and-play", semplice da utilizzare e altamente affidabile.

• L'aria aspirata richiede un trattamento accurato: l'aria compressa deve essere sottoposta ad essiccazione, rimozione dell'olio e della polvere: se contiene olio o umidità, contaminerà il setaccio molecolare del carbonio, portando a una diminuzione della capacità di adsorbimento. Pertanto, tra il compressore e il generatore di azoto è necessario installare un essiccatore, un filtro dell'olio e un filtro al carbone.
• Aggiunta protezione dai guasti: si consiglia di installare sensori di pressione, temperatura e punto di rugiada nel generatore di azoto. Se l'aria aspirata non soddisfa i requisiti, è possibile impostare tempestivamente un allarme per evitare la contaminazione del sistema PSA.

Il gas azoto, grazie alle sue proprietà inerti (bassa reattività) e incolore e inodore, è adatto a una varietà di esigenze industriali. Di seguito sono riportati i principali scenari applicativi:

• Funzione principale: sostituire l'ossigeno nella confezione, impedire l'ossidazione e il deterioramento degli alimenti e mantenere il gusto e l'aroma del prodotto; allo stesso tempo, per prolungare la durata di conservazione degli alimenti confezionati (come patatine, prodotti da forno e imbottigliamento di bevande).

• Funzione principale: nel processo di produzione e confezionamento dei farmaci, l'azoto secco crea un "ambiente inerte" per impedire all'ossigeno di provocare reazioni chimiche non necessarie nei farmaci e per garantire la qualità dei farmaci; allo stesso tempo, aiuta le aziende farmaceutiche a ridurre i costi di approvvigionamento del gas e a soddisfare gli standard di conformità del settore.

• Funzione principale: i componenti elettronici hanno requisiti estremamente elevati per l'ambiente di produzione. L'azoto può essere utilizzato nella saldatura, nell'assemblaggio, nello stoccaggio e in altri processi: previene l'ossidazione dei componenti durante la saldatura, crea un ambiente pulito e controllato durante l'assemblaggio, evita danni dovuti all'umidità durante lo stoccaggio e, in definitiva, riduce il tasso di difetti.

• Funzione principale: nelle tecniche analitiche comeLC-MS(cromatografia liquida-spettrometria di massa), l'azoto viene utilizzato per rimuovere i solventi dal campione per evitare l'interferenza del solvente con i risultati della misurazione; allo stesso tempo, può formare un ambiente protettivo neutro per garantire l'accuratezza dei dati sperimentali.

• Funzione principale: migliorare la sicurezza operativa: utilizzare l'azoto per purificare i sistemi di compressione, le tubazioni e i reattori e scaricare gas infiammabili ed esplosivi per prevenire incendi o esplosioni; può essere utilizzato anche per la formazione di schiuma nei serbatoi di stoccaggio del petrolio e per il controllo della pressione durante l'estrazione di petrolio e gas.

• Funzione principale: l'azoto può ridurre la concentrazione di ossigeno nell'ambiente al di sotto del "concentrazione limitata di ossigeno(LOC)," che impedisce la combustione di sostanze infiammabili a causa di ossigeno insufficiente. È una delle tecnologie chiave per la sicurezza antincendio industriale in tutto il mondo.

• Funzioni principali: copre settori quali la produzione automobilistica, l'edilizia, la lavorazione dei metalli, l'aerospaziale, la produzione di batterie e le energie rinnovabili e viene utilizzato principalmente in scenari quali antiossidazione, controllo della pressione e protezione ambientale (come la protezione inerte durante il trattamento termico dei metalli e la protezione dall'umidità durante la produzione delle batterie).

Se hai bisogno di ulteriori informazioni sulla selezione della soluzione per la generazione di azoto in loco (come scenari applicativi specifici per le tecnologie PSA e di separazione a membrana) o desideri ottenere calcoli sulla domanda di azoto stomizzato, lascia un messaggio nella sezione commenti. È inoltre possibile ottenere ulteriori informazioni tecniche tramite i canali ufficiali di Atlas Copco.