Azot, uważany za „piąty co do wielkości użytek” w produkcji przemysłowej

Azot, uważany za „piąty co do wielkości nośnik” w produkcji przemysłowej, jest tak samo ważny jak woda, energia elektryczna, gaz ziemny i sprężone powietrze i jest szeroko stosowany w różnych scenariuszach przemysłowych. Obecnie istnieją dwa główne sposoby pozyskiwania azotu: jeden polega na korzystaniu z zewnętrznych dostawców (takich jak gaz z butli, ciekły azot i kriogeniczna separacja powietrza na miejscu), a drugi polega na wytwarzaniu azotu na miejscu. Wraz ze wzrostem wymagań w zakresie redukcji kosztów i wydajności w przemyśle,wytwarzanie azotu na miejscustała się głównym trendem rynkowym.Atlas Copco, wykorzystując swoją wiedzę specjalistyczną w zakresie sprzętu gazowego, może zapewnić dostosowane do indywidualnych potrzeb rozwiązania w zakresie wytwarzania azotu na miejscu w oparciu o specyficzne wymagania firmy dotyczące czystości i natężenia przepływu, pomagając firmom kontrolować koszty przy jednoczesnej maksymalizacji jakości azotu. Ten artykuł poprowadzi Cię przez trendy rozwojowe, główne zalety, zasady techniczne i zastosowania przemysłowe wytwarzania azotu na miejscu, zapewniając punkt odniesienia przy wyborze rozwiązania dostarczania azotu.

Tradycyjny model polegania na zewnętrznych dostawcach azotu (takich jak butle z gazem i zbiorniki do przechowywania ciekłego azotu) ma wiele słabych punktów: logistyka i transport stanowią duże obciążenie dla środowiska, pracownicy muszą spędzać czas na zarządzaniu łańcuchem dostaw, gaz łatwo się marnuje, istnieje ryzyko dla bezpieczeństwa, a całkowity koszt długoterminowy jest wysoki.

Wytwarzanie azotu na miejscu może doskonale rozwiązać te problemy, a jego podstawowe zalety można podsumować w 6 punktach:

1. Niższy koszt: Jednostkowy koszt produkcji azotu stanowi jedynie ułamek kosztu dostawców zewnętrznych, co skutkuje znaczącymi długoterminowymi korzyściami;
2. Koszty można kontrolować: nie ma konieczności podpisywania długoterminowych i skomplikowanych umów na dostawy z podmiotami zewnętrznymi, a koszty są stabilne i przewidywalne;
3. Zero odpadów: Produkcja azotu jest wprost proporcjonalna do zużycia i nie będzie gazu jałowego ani marnowanego.
4. Zmniejsz koszty zarządzania: Wyeliminuj procesy takie jak transport azotu, przetwarzanie zamówień i uzgadnianie płatności, zmniejszając ilość wymaganego wysiłku związanego z zarządzaniem;
5. Bezpieczniej: Brak konieczności przechowywania na miejscu dużych ilości butli z gazem pod wysokim ciśnieniem lub ciekłym azotem, co zmniejsza zagrożenie bezpieczeństwa w środowisku pracy;
6. Niski wpływ na środowisko: Zmniejsza emisję dwutlenku węgla podczas transportu i eliminuje potrzebę stosowania pojemników do przechowywania wymagających dużej ilości zasobów.

Dla firm o stabilnym dziennym zapotrzebowaniu na azot, wytwarzanie azotu na miejscu jest niewątpliwie lepszym wyborem, ponieważ może poprawić wydajność operacyjną w wielu wymiarach, takich jak łańcuch dostaw, koszty i bezpieczeństwo.

Wytwarzanie azotu na miejscu opiera się głównie na dwóch podstawowych technologiach: technologii separacji membranowej itechnologię adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA).. Obydwa mają różne zasady i obowiązujące scenariusze i można je elastycznie wybierać w zależności od potrzeb przedsiębiorstw.

Podstawowym elementem wytwarzania azotu podczas separacji membranowej jest „moduł membranowy” (o średnicy około 10 cm), który jest wypełniony dużą liczbą pustych w środku włókien polimerowych. Proces wytwarzania azotu można podsumować jako „separacja permeacyjna”.

• Po tym, jak suche i czyste sprężone powietrze dostanie się do modułu membranowego, różne składniki powietrza będą przechodzić przez ściankę z włókien polimerowych z różnymi prędkościami ze względu na różnice we właściwościach molekularnych (proces ten nazywany jest „osmozą”).
• Cząsteczki wody (H₂O) przenikają najszybciej i jako pierwsze przechodzą przez ściankę włókna i zostają wydalone; cząsteczki tlenu (O₂) przenikają przez drugą najszybciej i są wydalane później.
• Cząsteczki azotu (N₂) mają najwolniejszą szybkość przenikania i nie mogą przejść przez ściankę włókna. Ostatecznie pozostają wewnątrz włókna i wypływają z drugiego końca membrany, stając się użytecznym azotem.
• Aby zapobiec tworzeniu się nadciśnienia i zatykaniu włókien wewnątrz powłoki membrany przez nieprzepuszczalne gazy, powłoka membrany jest wyposażona w „otwory przepuszczające”, które szybko odprowadzają „gazy odlotowe”, takie jak woda i tlen.

• Powietrze wlotowe musi być czyste i suche: Jeśli sprężone powietrze zawiera wodę w stanie ciekłym lub zanieczyszczenia, powoduje to zatykanie włókien membrany i skraca jej żywotność. Dlatego przed generatorem azotu należy zainstalować separator wody (taki jak osuszacz chłodniczy). Niektóre modele mają już wbudowane filtry i osuszacze, więc nie jest wymagana dodatkowa instalacja.
• Dopuszczalna jest niewielka ilość pary wodnej: włókna membrany tolerują pewną ilość pary wodnej, zatem nie ma potrzeby nadmiernej obróbki wilgoci w powietrzu wlotowym, należy jednak bezwzględnie unikać przedostawania się wody w stanie ciekłym.

Produkcja azotu PSA opiera się na cyklu „adsorpcji-regeneracji”. Podstawowymi elementami są dwa zbiorniki ciśnieniowe (wieża A i wieża B) zawierające „węglowe sita molekularne.” Ciągłą produkcję azotu osiąga się poprzez przełączanie stanów pracy obu wież.

• Etap adsorpcji: Suche i czyste sprężone powietrze wpływa do wieży A, a węglowe sito molekularne będzie preferencyjnie adsorbować zanieczyszczenia, takie jak tlen (O₂), dwutlenek węgla (CO₂) i para wodna (cząsteczki tlenu są mniejsze i mogą przedostawać się do porów sita molekularnego, podczas gdy cząsteczki azotu są większe i nie mogą przedostać się); niezaadsorbowany azot jest odprowadzany z wieży A i może być bezpośrednio wykorzystany lub magazynowany.
• Etap regeneracji: Kiedy wieża A zostanie nasycona adsorpcją, system przełącza się na wieżę B (wieża B wchodzi w etap adsorpcji i w sposób ciągły wytwarza azot); w tym samym czasie niewielka ilość azotu odprowadzana z wieży A spłynie z powrotem do wieży A, zmniejszając ciśnienie wewnątrz wieży A. Po spadku ciśnienia węglowe sito molekularne uwolni wcześniej zaadsorbowany tlen, który zostanie przeniesiony przez azot wsteczny i usunięty.
• Dwie wieże naprzemiennie wykorzystują proces adsorpcji i regeneracji, aby zapewnić ciągłą i stabilną produkcję azotu przez 24 godziny. Generator azotu Atlas Copco serii NGP+ wykorzystuje technologię PSA i jest urządzeniem typu „plug and play”, prostym w obsłudze i wysoce niezawodnym.

• Powietrze wlotowe wymaga dokładnej obróbki: Sprężone powietrze musi zostać poddane suszeniu, usunięciu oleju i pyłu – jeśli zawiera olej lub wilgoć, zanieczyści węglowe sito molekularne, prowadząc do zmniejszenia zdolności adsorpcji. Dlatego pomiędzy sprężarką a generatorem azotu należy zainstalować osuszacz, filtr oleju i filtr węglowy.
• Dodaj zabezpieczenie przed awariami: Zaleca się zainstalowanie w generatorze azotu czujników ciśnienia, temperatury i ciśnieniowego punktu rosy. Jeśli powietrze wlotowe nie spełnia wymagań, można na czas ustawić alarm, aby uniknąć zanieczyszczenia układu PSA.

Azot gazowy, ze względu na swoją obojętność (niska reaktywność) oraz właściwości bezbarwne i bezwonne, nadaje się do różnorodnych potrzeb przemysłowych. Oto główne scenariusze zastosowań:

• Podstawowa funkcja: Zastąpienie tlenu w opakowaniu, zapobieganie utlenianiu i psuciu się żywności oraz zachowanie smaku i aromatu produktu; jednocześnie przedłużyć okres przydatności do spożycia pakowanej żywności (takiej jak chipsy ziemniaczane, wypieki i butelkowanie napojów).

• Podstawowa funkcja: w procesie produkcji i pakowania leków suchy azot tworzy „środowisko obojętne”, które zapobiega wywoływaniu przez tlen niepotrzebnych reakcji chemicznych w lekach i zapewnia jakość leku; jednocześnie pomaga firmom farmaceutycznym obniżyć koszty zakupu gazu i spełnić standardy branżowe.

• Podstawowa funkcja: Komponenty elektroniczne mają niezwykle wysokie wymagania dotyczące środowiska produkcyjnego. Azot można stosować podczas spawania, montażu, przechowywania i innych procesów: zapobiega utlenianiu elementów podczas spawania, tworzy czyste i kontrolowane środowisko podczas montażu, zapobiega uszkodzeniom spowodowanym wilgocią podczas przechowywania i ostatecznie zmniejsza wskaźnik defektów.

• Funkcja podstawowa: W technikach analitycznych, takich jakLC-MS(chromatografia cieczowa – spektrometria mas), do usunięcia rozpuszczalników z próbki stosuje się azot, aby uniknąć wpływu rozpuszczalnika na wyniki pomiarów; jednocześnie może tworzyć neutralne środowisko ochronne, aby zapewnić dokładność danych eksperymentalnych.

• Podstawowa funkcja: Poprawa bezpieczeństwa operacyjnego – Używaj azotu do oczyszczania systemów sprężarek, rurociągów i reaktorów oraz odprowadzania gazów palnych i wybuchowych, aby zapobiec pożarom lub eksplozjom; może być również stosowany do odpieniania zbiorników magazynujących ropę i kontroli ciśnienia podczas wierceń ropy i gazu.

• Podstawowa funkcja: Azot może obniżyć stężenie tlenu w środowisku poniżej „ograniczone stężenie tlenu(LOC),” zapobiegająca spalaniu się substancji łatwopalnych na skutek niedoboru tlenu. Jest to jedna z kluczowych technologii zapewniających bezpieczeństwo przeciwpożarowe w przemyśle na całym świecie.

• Podstawowe funkcje: Obejmuje gałęzie przemysłu, takie jak produkcja samochodów, budownictwo, obróbka metali, przemysł lotniczy, produkcja akumulatorów i energia odnawialna, jest stosowany głównie w scenariuszach takich jak przeciwutlenianie, kontrola ciśnienia i ochrona środowiska (takie jak ochrona obojętna podczas obróbki cieplnej metali i ochrona przed wilgocią podczas produkcji akumulatorów).

Jeśli potrzebujesz dalszych informacji na temat wyboru rozwiązania do wytwarzania azotu na miejscu (takich jak konkretne scenariusze zastosowań dla technologii PSA i separacji membranowej) lub chciałbyś uzyskać obliczenia zapotrzebowania na azot w stomii, zostaw wiadomość w sekcji komentarzy. Więcej informacji technicznych można także uzyskać za pośrednictwem oficjalnych kanałów firmy Atlas Copco.