Azot znajduje szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, m.in. do inertyzacji, przedmuchiwania oraz ochrony produktów i procesów przed kontaktem z tlenem. W zależności od zastosowania przedsiębiorstwa mogą potrzebować azotu o różnym stopniu czystości, natężeniu przepływu i ciśnieniu.

Azot może być dostarczany w zespołach butli, wiązkach lub w systemach do transportu luzem, albo wytwarzany bezpośrednio na terenie zakładu za pomocą Generatora azotu. Wytwarzanie azotu na miejscu pozwala zakładom na pozyskiwanie azotu ze sprężonego powietrza i dostarczanie go bezpośrednio do miejsca użytkowania.

Czym jednak jest Generator azotu i jak działa? Omówimy to szczegółowo w niniejszym wpisie na blogu.

Czym jest Generator azotu?

Generator azotu to urządzenie, które oddziela azot (N₂) od sprężonego powietrza w celu wytworzenia azotu gazowego na potrzeby procesów przemysłowych. Nie wytwarza ono azotu od podstaw. Wykorzystuje natomiast powietrze jako surowiec i oddziela azot od innych gazów przy użyciu technologii takich jak Pressure Swing Adsorption (PSA) lub separacja membranowa.

Generator azotu na miejscu może zatem dostarczać azot bezpośrednio do miejsca użytkowania, zmniejszając w ten sposób zależność od dostarczanych butli, zespołów butli lub dostaw luzem.

Wymagana czystość azotu zależy od zastosowania. Na przykład niektóre procesy wymagają azotu do inertyzacji lub Pompowania opon, podczas gdy inne wymagają azotu o wysokiej czystości do cięcia laserowego, pakowania żywności, Elektroniki lub zastosowań w Farmaceutyce. Należy zatem dobrać odpowiedni system wytwarzania azotu w zależności od wymaganej czystości, natężenia przepływu, ciśnienia, cyklu pracy, jakości powietrza oraz warunków eksploatacyjnych.

Jak działa Generator azotu?

Zanim azot dotrze do miejsc zastosowania, sprężone powietrze jest poddawane obróbce, separacji i monitorowaniu.

1. Wlot sprężonego powietrza

Generator azotu wykorzystuje sprężone powietrze jako gaz zasilający. Sprężarka dostarcza powietrze pod ciśnieniem wymaganym przez generator, po czym powietrze przechodzi przez etapy wstępnego oczyszczania i separacji.

Właśnie dlatego tak ważna jest jakość powietrza zasilającego. W zależności od konstrukcji sprężarki i generatora powietrze może wymagać filtracji cząstek stałych i koalescencyjnej, usuwania oleju, oddzielania kondensatu oraz osuszania przed wprowadzeniem do etapu separacji. Takie wstępne oczyszczanie pomaga chronić media separacyjne i zapewnia stałą produkcję azotu.

2. Filtracja i suszenie

Przed oddzieleniem azotu od powietrza zanieczyszczenia, takie jak wilgoć, olej, woda i cząstki stałe, są usuwane w procesie filtracji i suszenia.

Skuteczność etapu separacji zależy wyłącznie od jakości powietrza, które do niego wpływa. Niska jakość powietrza może negatywnie wpłynąć na proces separacji oraz na jakość wytwarzanego Azotu.

3. Etap separacji: PSA lub membrana

W przypadku wielu generatorów azotu na miejscu dwiema głównymi metodami separacji niekriogenicznej są separacja PSA oraz separacja membranowa.

• Pressure Swing Adsorption (PSA): W generatorze azotu typu PSA sprężone powietrze przepływa przez węgielowe sito molekularne (CMS), które preferencyjnie adsorbuje tlen i inne gazy, przepuszczając jednocześnie azot jako gaz produktowy.
• Separacja membranowa: Generator azotu membranowego wykorzystuje zjawisko selektywnej permeacji. Sprężone powietrze przepływa przez membrany z włókien pustych w środku, gdzie tlen, para wodna i inne składniki o większej szybkości przenikania przechodzą przez membranę łatwiej niż azot.

4. Monitorowanie czystości

Wytwarzany azot jest monitorowany w celu potwierdzenia, że spełnia wymagane parametry. Metoda monitorowania czystości azotu może się różnić w zależności od systemu. Niektóre generatory mogą wykorzystywać analizator tlenu do pomiaru zawartości tlenu resztkowego w strumieniu azotu.

Na przykład firma NITROGAS NG wykorzystuje analizator tlenu oparty na tlenku cyrkonu do ciągłego pomiaru zawartości tlenu resztkowego w strumieniu azotu.

5. Dostarczanie azotu na żądanie

W zależności od konstrukcji systemu zbiornik buforowy może magazynować zapas azotu i pomagać w radzeniu sobie z krótkotrwałymi wahaniami zapotrzebowania, podczas gdy generator nadal wytwarza azot zgodnie z wymaganymi parametrami.

W ten sposób powstaje kontrolowany proces wytwarzania azotu gazowego na miejscu, w którym wielkość produkcji jest dostosowana do potrzeb zakładu.

Rodzaje generatorów azotu

Generatory azotu typu PSA

Generator azotu typu PSA wykorzystuje naprzemienne cykle adsorpcji i regeneracji w celu pozyskania azotu ze sprężonego powietrza. W typowym układzie dwuzłożowym jedna wieża adsorbuje tlen pod ciśnieniem, podczas gdy druga jest rozprężana i poddawana regeneracji. Następnie role te ulegają zamianie, co pozwala na utrzymanie ciągłości dostaw produktu. Technologia PSA jest zazwyczaj wybierana w sytuacjach, gdy dane zastosowanie wymaga wyższej czystości azotu, kontrolowanego przepływu lub strumienia produktu o ściślej określonych parametrach.

Membraniowe generatory azotu

Generator azotu umożliwia produkcję azotu poprzez samą membranę, a nie w drodze adsorpcji. W systemie tym sprężone powietrze przepływa przez wiązki pustych w środku włókien polimerowych. Tlen, para wodna i inne składniki o większej przenikalności łatwiej przenikają przez membranę, podczas gdy azot pozostaje w strumieniu produktu. Systemy te stanowią kompaktowe rozwiązanie dla zastosowań wymagających ciągłego przepływu, umiarkowanej czystości azotu oraz prostej obsługi.

Zastosowania generatorów azotu

Generatory azotu mogą być stosowane w różnych gałęziach przemysłu, w których azot jest potrzebny regularnie i w kontrolowanych ilościach. Stanowią one praktyczną i ekonomiczną alternatywę dla azotu dostarczanego z zewnątrz w sytuacjach, gdy wymagany gaz można wytworzyć na miejscu i dostarczyć bezpośrednio do procesu.

Do typowych zastosowań należą:

Cięcie laserowe

W niektórych zastosowaniach cięcia laserowego azot jest wykorzystywany jako gaz pomocniczy w celu ograniczenia utleniania się krawędzi cięcia oraz zapewnienia wsparcia dla czystszej powierzchni wykończeniowej.

Opakowania do żywności

Azot jest wykorzystywany w pakowaniu w zmodyfikowanej atmosferze (MAP) oraz w zastosowaniach przepłukiwania w celu wyparcia tlenu i zapewnienia ochrony jakości produktów.

Produkcja wina

Azot może być wykorzystywany do tworzenia atmosfery ochronnej i inertyzacji w celu ograniczenia ekspozycji na tlen podczas produkcji i przechowywania.

Produkcja napojów

Azot może być wykorzystywany do tworzenia atmosfery ochronnej w zbiornikach, przedmuchiwania przewodów, pakowania oraz w innych zastosowaniach, w których konieczne jest ograniczenie dostępu tlenu.

Produkcja chemiczna i farmaceutyczna.

Azot jest wykorzystywany do przedmuchiwania, tworzenia atmosfery ochronnej oraz utrzymywania kontrolowanych warunków atmosferycznych w otoczeniu materiałów i procesów wrażliwych na działanie tlenu.

Obróbka metali

Azot znajduje zastosowanie w wybranych procesach obróbki skrawaniem i Obróbki cieplnej, w których istotne znaczenie ma ograniczenie utleniania oraz jakość powierzchni.

Inne zastosowania

W produkcji elektroniki, procesach motoryzacyjnych oraz podczas Pompowania opon można również stosować azot, gdy wymagana jest kontrolowana jakość gazu lub ograniczenie narażenia na działanie tlenu.

Korzyści wynikające z zastosowania lokalnych generatorów azotu

Dlaczego warto wytwarzać azot na miejscu? Odpowiedź zależy od danego zakładu, jednak istnieje kilka wspólnych korzyści.

• Bezpieczeństwo: Wytwarzanie na miejscu może ograniczyć konieczność obsługi i przechowywania butli z azotem o wysokim ciśnieniu lub zbiorników kriogenicznych.
• Niezawodność: Azot jest wytwarzany na terenie zakładu, co zmniejsza zależność od harmonogramów dostaw i zewnętrznych dostawców.
• Oszczędności kosztów: Wytwarzanie azotu na miejscu pozwala obniżyć koszty związane z wynajmem butli, dostawą gazu oraz jego obsługą. Rzeczywiste oszczędności zależą od zużycia i warunków eksploatacji.
• Elastyczna skalowalność: Modułowe systemy wytwarzania azotu firmy stanowią praktyczne rozwiązanie umożliwiające dostosowanie wydajności do zmieniającego się zapotrzebowania.
• Zrównoważony rozwój: Ograniczenie logistyki związanej z dostawami gazu może przyczynić się do zmniejszenia wpływu dostaw azotu na środowisko w zakresie transportu.

W przypadku zakładów rozważających wytwarzanie azotu na miejscu wybór odpowiedniego systemu należy rozpocząć od określenia wymaganej czystości, natężenia przepływu, ciśnienia, profilu zapotrzebowania oraz zastosowań.

Dlaczego właśnie NITROGAS NG?

Urządzenie, oparte na Technologii PSA, zapewnia automatyczne dostarczanie gazu na żądanie, a system sterowania PLC monitoruje kluczowe parametry, takie jak czystość, ciśnienie i przepływ. Analizator tlenu z tlenkiem cyrkonu w sposób ciągły mierzy zawartość tlenu resztkowego w celu monitorowania czystości Azotu.

Jego kompaktowa, modułowa konstrukcja pozwala na rozbudowę wraz z rozwojem zakładu, a zgodność z koncepcją Przemysłu 4.0, autorskie oprogramowanie oraz kompleksowe wsparcie instalacyjne przyczyniają się do uproszczenia codziennej eksploatacji.

W przypadku zakładów rezygnujących z tradycyjnych metod dostaw azotu może to również znacząco wpłynąć na koszty zapewnienia dostępności azotu. Rozwiązanie NITROGAS® NG pozwala obniżyć całkowite koszty związane z azotem nawet o 90%, w zależności od zastosowań i istniejących warunków dostaw, jednocześnie zmniejszając zależność od butli, dostaw i zewnętrznych dostawców.