Азот считается «пятым по величине ресурсом» в промышленном производстве.

Азот, считающийся «пятым по величине ресурсом» в промышленном производстве, так же важен, как вода, электричество, природный газ и сжатый воздух, и широко используется в различных промышленных сценариях. В настоящее время существует два основных способа получения азота: один — использование сторонних поставщиков (таких как баллонный газ, жидкий азот и криогенная сепарация воздуха на месте), а другой — собственное производство азота на месте. В связи с растущими требованиями к сокращению затрат и повышению эффективности в промышленности,производство азота на местестала основной тенденцией рынка.Атлас Копко, используя свой опыт в области газового оборудования, может предоставить индивидуальные решения по производству азота на месте, основанные на конкретных требованиях компании к чистоте и скорости потока, помогая компаниям контролировать затраты и одновременно максимизировать качество азота. Эта статья расскажет вам о тенденциях развития, основных преимуществах, технических принципах и промышленном применении производства азота на месте, а также предоставит рекомендации по выбору решения для подачи азота.

Традиционная модель использования сторонних поставщиков азота (таких как хранилища газовых баллонов и резервуары для хранения жидкого азота) имеет множество болевых точек: логистика и транспортировка оказывают тяжелую экологическую нагрузку, сотрудникам приходится тратить время на управление цепочкой поставок, газ легко теряется, существуют риски для безопасности, а общие долгосрочные затраты высоки.

Производство азота на месте может прекрасно решить эти проблемы, а его основные преимущества можно резюмировать в 6 пунктах:

1. Более низкая стоимость: себестоимость единицы азота составляет лишь небольшую часть от затрат сторонних поставщиков, что приводит к значительным долгосрочным выгодам;
2. Затраты контролируемы: нет необходимости заключать долгосрочные и сложные сторонние контракты на поставку, а затраты стабильны и прогнозируемы;
3. Ноль отходов: Производство азота прямо пропорционально его использованию, поэтому не будет простоя или потерь газа.
4. Сократить затраты на управление: Устранить такие процессы, как транспортировка азота, обработка заказов и сверка платежей, уменьшив объем необходимых управленческих усилий;
5. Безопаснее: Нет необходимости хранить на объекте большое количество газовых баллонов высокого давления или жидкого азота, что снижает угрозу безопасности в рабочей среде;
6. Низкое воздействие на окружающую среду: Снижает выбросы углекислого газа при транспортировке и устраняет необходимость в ресурсоемких контейнерах для хранения.

Для компаний со стабильной ежедневной потребностью в азоте производство азота на месте, несомненно, является лучшим выбором, поскольку оно может повысить операционную эффективность по многим направлениям, таким как цепочка поставок, стоимость и безопасность.

Производство азота на месте в основном основано на двух основных технологиях: технологии мембранного разделения иТехнология адсорбции при переменном давлении (PSA). Они имеют разные принципы и применимые сценарии и могут гибко выбираться в соответствии с потребностями предприятий.

Основным компонентом генерации азота мембранного разделения является «мембранный модуль» (диаметром около 10 см), наполненный большим количеством полых полимерных волокон. Процесс генерации азота можно резюмировать как «разделение проникновения».

• После того, как сухой и чистый сжатый воздух попадает в мембранный модуль, различные компоненты воздуха будут проходить через стенку полимерного волокна с разной скоростью из-за различий в молекулярных свойствах (этот процесс называется «осмос»).
• Молекулы воды (H₂O) проникают быстрее всего, первыми проходят через стенку волокна и выводятся наружу; Молекулы кислорода (O₂) проникают на второе место по скорости и выводятся позже.
• Молекулы азота (N₂) имеют самую медленную скорость проникновения и не могут пройти через стенку волокна. В конечном итоге они остаются внутри волокна и вытекают из другого конца мембраны, становясь пригодным для использования газообразным азотом.
• Чтобы предотвратить создание избыточного давления непроницаемыми газами и засорение волокон внутри мембранной оболочки, мембранная оболочка оснащена «отверстиями для проникновения» для быстрого удаления «отходных газов», таких как вода и кислород.

• Всасываемый воздух должен быть чистым и сухим: если сжатый воздух содержит жидкую воду или примеси, это засорит волокна диафрагмы и сократит срок ее службы. Поэтому перед генератором азота необходимо установить водоотделитель (например, рефрижераторную сушилку). Некоторые модели уже имеют встроенные фильтры и осушители, поэтому дополнительная установка не требуется.
• Небольшое количество водяного пара допускается: волокна мембраны могут выдерживать определенное количество водяного пара, поэтому нет необходимости чрезмерно обрабатывать влажность всасываемого воздуха, но необходимо абсолютно избегать попадания жидкой воды.

Производство азота PSA основано на цикле «адсорбция-регенерация». Основными компонентами являются два сосуда под давлением (башня А и башня Б), содержащие «углеродные молекулярные ситаНепрерывное производство азота достигается за счет переключения рабочих состояний двух башен.

• Стадия адсорбции: Сухой и чистый сжатый воздух поступает в башню А, а углеродное молекулярное сито будет преимущественно адсорбировать примеси, такие как кислород (O₂), углекислый газ (CO₂) и водяной пар (молекулы кислорода меньше и могут проникать в поры молекулярного сита, тогда как молекулы азота больше и не могут проникнуть); неадсорбированный азот выгружается из башни А и может быть непосредственно использован или сохранен.
• Стадия регенерации: Когда башня А насыщается адсорбцией, система переключается на башню Б (башня Б переходит на стадию адсорбции и непрерывно производит азот); в то же время небольшое количество азота, выбрасываемого из башни А, будет поступать обратно в башню А, снижая давление внутри башни А. После падения давления углеродное молекулярное сито высвободит ранее адсорбированный кислород, который будет унесен обратным азотом и выброшен.
• В двух башнях попеременно выполняются адсорбция и регенерация для обеспечения непрерывного и стабильного производства азота в течение 24 часов. Генератор азота серии NGP+ компании Atlas Copco использует технологию PSA и представляет собой устройство «подключи и работай», простое в эксплуатации и высоконадежное.

• Всасываемый воздух требует тщательной очистки: сжатый воздух должен подвергаться сушке, обезжириванию и обеспыливанию — если он содержит масло или влагу, он загрязняет углеродное молекулярное сито, что приводит к снижению адсорбционной способности. Поэтому между компрессором и генератором азота необходимо установить осушитель, масляный фильтр и угольный фильтр.
• Добавьте защиту от неисправностей: Рекомендуется установить датчики давления, температуры и точки росы в генераторе азота. Если всасываемый воздух не соответствует требованиям, можно вовремя установить сигнал тревоги, чтобы избежать загрязнения системы PSA.

Газообразный азот благодаря своим инертным (низкой реакционной способности), свойствам бесцветности и запаха пригоден для различных промышленных нужд. Ниже приведены основные сценарии его применения:

• Основная функция: заменить кислород в упаковке, предотвратить окисление и порчу продуктов питания, сохранить вкус и аромат продукта; в то же время, чтобы продлить срок годности упакованных пищевых продуктов (таких как картофельные чипсы, выпечка и напитки в бутылках).

• Основная функция: в процессе производства и упаковки лекарств сухой азот создает «инертную среду», чтобы предотвратить возникновение ненужных химических реакций кислорода в лекарствах и обеспечить качество лекарств; в то же время это помогает фармацевтическим компаниям снизить затраты на закупку газа и обеспечить соответствие отраслевым стандартам.

• Основная функция: Электронные компоненты предъявляют чрезвычайно высокие требования к производственной среде. Азот можно использовать при сварке, сборке, хранении и других процессах: он предотвращает окисление компонентов во время сварки, создает чистую и контролируемую среду во время сборки, предотвращает повреждение от влаги во время хранения и, в конечном итоге, снижает уровень дефектов.

• Основная функция: В аналитических методах, таких какЖХ-МС(жидкостная хроматография-масс-спектрометрия) азот используется для удаления растворителей из пробы во избежание влияния растворителей на результаты измерений; в то же время он может образовывать нейтральную защитную среду для обеспечения точности экспериментальных данных.

• Основная функция: повышение эксплуатационной безопасности – использование азота для очистки компрессорных систем, трубопроводов и реакторов, а также сброса горючих и взрывоопасных газов для предотвращения пожаров и взрывов; его также можно использовать для пеногашения в резервуарах для хранения нефти и контроля давления во время бурения нефти и газа.

• Основная функция: Азот может снизить концентрацию кислорода в окружающей среде до уровня ниже «ограниченная концентрация кислорода(LOC)», предотвращающая горение легковоспламеняющихся веществ из-за недостатка кислорода. Это одна из ключевых технологий промышленной пожарной безопасности во всем мире.

• Основные функции: Охватывая такие отрасли, как автомобилестроение, строительство, металлообработка, аэрокосмическая промышленность, производство аккумуляторов и возобновляемые источники энергии, он в основном используется в таких сценариях, как антиокислительная защита, контроль давления и защита окружающей среды (например, инертная защита во время термообработки металла и защита от влаги при производстве аккумуляторов).

Если вам нужна дополнительная информация о выборе решения для производства азота на месте (например, конкретные сценарии применения технологий PSA и мембранного разделения) или вы хотите получить расчеты потребности в азоте, оставьте сообщение в разделе комментариев. Вы также можете получить дополнительную техническую информацию по официальным каналам Atlas Copco.