Dusík se v různých průmyslových odvětvích široce využívá například k inertizaci, proplachování a ochraně produktů a procesů před působením kyslíku. V závislosti na konkrétní aplikaci mohou podniky potřebovat dusík s různou úrovní čistoty, průtokem a tlakem.

Dusík lze dodávat v lahvích, v sadách lahví nebo prostřednictvím systémů pro hromadné dodávky, případně jej lze vyrábět přímo v provozovně pomocí Generátoru dusíku. Vlastní výroba dusíku v provozovně umožňuje zařízení vyrábět dusík ze stlačeného vzduchu a dodávat jej přímo do místa spotřeby.

Co je to ale vlastně Generátor dusíku a jak funguje? Pojďme si to v tomto blogu podrobně vysvětlit.

Co je to generátor dusíku?

Generátor dusíku je zařízení, které oddělí dusík (N₂) ze stlačeného vzduchu za účelem výroby plynného dusíku pro průmyslové procesy. Nevytváří dusík zcela od nuly. Místo toho využívá vzduch jako surovinu a oddělí dusík od ostatních plynů pomocí technologií, jako je Pressure Swing Adsorption (PSA) nebo membránová separace.

Generátor dusíku na místě tak může dodávat dusík přímo v místě spotřeby, čímž se snižuje závislost na dodávkách v lahvích, sadách lahví nebo ve velkém.

Požadovaná čistota dusíku závisí na konkrétní aplikaci. Například některé procesy vyžadují dusík k inertizaci nebo k hustění pneumatik, zatímco jiné vyžadují dusík vysoké čistoty pro řezání laserem, balení potravin, elektroniku nebo aplikace v farmaceutickém průmyslu. Vhodný systém výroby dusíku je proto nutné vybrat podle požadované čistoty, průtoku, tlaku, pracovního cyklu, kvality vzduchu a provozních podmínek.

Jak funguje Generátor dusíku?

Stlačený vzduch prochází úpravou, separací a monitorováním ještě předtím, než se dusík dostane do místa použití.

1. Přívod stlačeného vzduchu

Generátor dusíku využívá jako vstupní plyn stlačený vzduch. Kompresor dodává vzduch v tlaku požadovaném generátorem, načež vzduch prochází fázemi předúpravy a separace.

Právě proto je kvalita přiváděného vzduchu tak důležitá. V závislosti na konstrukci kompresoru a generátoru může být nutné, aby vzduch před vstupem do separační fáze prošel filtrací částic a koalescenční filtrací, odolejováním, odlučováním kondenzátu a sušením. Tato předúprava pomáhá chránit separační média a zajišťuje konzistentní výrobu dusíku.

2. Filtrace a sušení

Než se dusík oddělí od vzduchu, jsou pomocí filtrace a sušení odstraněny nečistoty, jako je vlhkost, olej, voda a částice.

Účinnost separačního stupně závisí na kvalitě vzduchu, který do něj vstupuje. Špatná kvalita vzduchu může mít negativní vliv na separační proces i na kvalitu vyprodukovaného dusíku.

3. Fáze separace: PSA nebo membrána

U mnoha generátorů dusíku na místě jsou dvěma hlavními nekryogenními metodami separace PSA a membránová separace.

• Pressure Swing Adsorption (PSA): V generátoru dusíku typu PSA prochází stlačený vzduch přes uhlíkové molekulární síto (CMS), které přednostně adsorbuje kyslík a další plyny, zatímco dusík prochází jako výstupní plyn.
• Membránová separace: Generátor dusíku využívá selektivní permeaci. Stlačený vzduch prochází membránami z dutých vláken, kde kyslík, vodní pára a další složky s vyšší permeabilitou procházejí membránou snadněji než dusík.

4. Sledování čistoty

Vyprodukovaný dusík se monitoruje, aby se ověřilo, zda splňuje požadované specifikace. Metoda monitorování čistoty dusíku se může u jednotlivých systémů lišit. Některé generátory mohou k měření zbytkového kyslíku v proudu dusíku používat analyzátor kyslíku.

Společnost NITROGAS NG například používá analyzátor kyslíku na bázi oxidu zirkoničitého k nepřetržitému měření obsahu zbytkového kyslíku v proudu dusíku.

5. Dodávka Dusíku podle potřeby

V závislosti na konstrukci systému může vyrovnávací nádrž sloužit k uchovávání zásoby dusíku a pomáhat vyrovnávat krátkodobé výkyvy v poptávce, zatímco generátor pokračuje ve výrobě dusíku podle požadovaných specifikací.

Tím vzniká řízený proces výroby dusíku přímo na místě, přičemž objem výroby je přizpůsoben potřebám daného zařízení.

Typy generátorů dusíku

Generátory dusíku PSA

Generátor dusíku typu PSA využívá střídavé cykly adsorpce a regenerace k získávání dusíku ze stlačeného vzduchu. V typickém systému se dvěma adsorpčními náplněmi jedna věž adsorbuje kyslík pod tlakem, zatímco druhá je odtlakována a regenerována. Následně se role náplní střídají, aby byla zajištěna nepřetržitá dodávka produktu. Technologie PSA se obvykle volí v případech, kdy daná aplikace vyžaduje vyšší čistotu dusíku, regulovaný průtok nebo přesněji specifikovaný produktový proud.

Membránové generátory dusíku

Membránový generátor dusíku umožňuje výrobu dusíku přímo přes membránu, nikoli adsorpcí. Systém propouští stlačený vzduch přes svazky dutých polymerových vláken. Kyslík, vodní pára a další složky s vyšší permeabilitou procházejí membránou snadněji, zatímco dusík zůstává v proudu produktu. Tyto systémy mohou představovat kompaktní řešení pro aplikace, které vyžadují nepřetržitý průtok, střední čistotu dusíku a jednoduchou obsluhu.

Aplikace generátorů dusíku

Generátory dusíku lze využívat v různých průmyslových odvětvích, kde je dusík potřebný pravidelně a v řízeném množství. Mohou představovat praktickou a nákladově efektivní alternativu k dodávkám dusíku v lahvích, jelikož požadovaný plyn lze vyrábět přímo na místě a dodávat jej přímo do výrobního procesu.

Mezi běžné aplikace patří:

Řezání laserem

V některých aplikacích řezání laserem se jako pomocný plyn používá dusík, který omezuje oxidaci na řezané hraně a poskytuje podporu pro čistší povrch.

Balení potravin

Dusík se používá při balení v modifikované atmosféře (MAP) a při proplachování jako aplikace k vytlačení kyslíku a k zajištění kvality produktů.

Výroba vína

Dusík lze použít k zakrytí a inertizaci, aby se omezilo vystavení kyslíku během výroby a skladování.

Výroba nápojů

Dusík lze využít k inertizaci nádrží, proplachování potrubí, balení a další aplikace, u nichž je třeba omezit vystavení kyslíku.

Chemický a farmaceutický průmysl.

Dusík se používá k proplachování, vytváření ochranné atmosféry a udržování řízené atmosféry v okolí materiálů a procesů citlivých na kyslík.

Kovovýroba

Dusík se používá při vybraných procesech řezání a Tepelného zpracování, kde je důležité omezit oxidaci a zajistit kvalitu povrchu.

Další aplikace

Dusík lze rovněž využívat při výrobě elektroniky, v automobilovém průmyslu a při hustění pneumatik, kde je zapotřebí kontrolovaná kvalita plynu nebo omezené vystavení kyslíku.

Výhody používání generátorů dusíku přímo na místě

Proč vyrábět dusík přímo na místě? Odpověď závisí na konkrétním zařízení, ale několik výhod je společných.

• Bezpečnost: Výroba na místě může snížit potřebu manipulace a skladování lahví s vysokým tlakem obsahujícími dusík nebo kryogenních nádrží.
• Spolehlivost: Dusík se vyrábí přímo v závodě, což snižuje závislost na dodacích termínech a externích dodavatelích.
• Úspora nákladů: Výroba dusíku přímo na místě může snížit náklady spojené s pronájmem lahví, dodávkou plynu a manipulací s ním. Skutečná úspora závisí na spotřebě a provozních podmínkách.
• Flexibilní škálovatelnost: Modulární systémy na výrobu dusíku představují praktický způsob, jak přizpůsobovat kapacitu měnící se poptávce.
• Udržitelnost: Snížení logistických nároků na dodávky plynu může přispět ke snížení dopadu dodávek dusíku na životní prostředí v souvislosti s dopravou.

Pro provozy, které zvažují výrobu dusíku přímo na místě, je prvním krokem při výběru vhodného systému pochopení požadované čistoty, průtoku, tlaku, profilu spotřeby a konkrétní aplikace.

Proč právě NITROGAS NG?

Systém, založený na technologii PSA, zajišťuje automatické dodávky podle potřeby, přičemž řídicí jednotka PLC monitoruje klíčové parametry, jako jsou čistota, tlak a průtok. Analyzátor kyslíku na bázi oxidu zirkoničitého nepřetržitě měří zbytkový kyslík za účelem sledování čistoty Dusíku.

Jeho kompaktní modulární konstrukce umožňuje rozšiřování spolu s rozvojem závodu, zatímco kompatibilita s Průmyslem 4.0, vlastní software a komplexní podpora při instalaci přispívají k hladkému každodennímu provozu.

Pro provozy, které upouštějí od tradičního způsobu dodávek dusíku, to může znamenat také výrazný rozdíl v nákladech na zajištění dostupnosti dusíku. Systém NITROGAS NG může snížit celkové náklady na dusík až o 90 %, v závislosti na konkrétní aplikaci a stávajících dodavatelských podmínkách, a zároveň snížit závislost na lahvích, dodávkách a externích dodavatelích.