Kväve används i stor utsträckning inom olika branscher för användningsområden som inertisering, rensning och skydd av produkter och processer mot syreexponering. Beroende på användningsområdet kan företag behöva kväve med olika renhetsgrad, flöde och tryck.

Kväve kan levereras i gasflaskor, gasflaskpaket eller bulk, eller produceras direkt på anläggningen med hjälp av en kvävegenerator. Genom att producera kväve på plats kan anläggningarna framställa kväve från tryckluft och leverera det direkt till användningsstället.

Men vad är en Kvävegenerator, och hur fungerar den? Låt oss gå igenom det här i bloggen.

Vad är en Kvävegenerator?

En kvävegenerator är en anordning som separerar kväve (N₂) från tryckluft för att producera kvävgas till industriella processer. Den skapar inte kväve från grunden. Istället använder den luft som råmaterial och isolerar kväve från andra gaser med hjälp av tekniker som Pressure Swing Adsorption (PSA) eller membranseparation.

En kvävegenerator på plats kan därför tillhandahålla kväve direkt vid användningsstället, vilket minskar beroendet av levererade gasflaskor, gasflaskpaket eller bulkleveranser.

Den erforderliga kväverenheten beror på användningsområdet. Vissa processer kräver till exempel kväve för inertisering eller däckpåfyllning, medan andra kräver kväve med hög renhet för Laserskärning, livsmedelsförpackning, Elektronik eller läkemedel. Ett lämpligt system för kväveproduktion måste därför väljas utifrån erforderlig renhet, flöde, tryck, driftscykel, luftkvalitet och driftsförhållanden.

Hur fungerar en kvävegenerator?

Tryckluften renas, separeras och övervakas innan Kväve når användningsområdet.

1. Tryckluftsintag

En kvävegenerator använder tryckluft som matningsgas. En kompressor tillför luft med det tryck som generatorn kräver, varefter luften leds vidare till förbehandlings- och separationsstegen.

Det är därför kvaliteten på tillförselluften är så viktig. Beroende på kompressorns och generatorns konstruktion kan luften behöva genomgå partikel- och koalescerande filtrering, oljeavskiljning, kondensatavskiljning och torkning innan den går in i separationssteget. Denna förbehandling bidrar till att skydda separationsmediet och säkerställer en jämn kväveproduktion.

2. Filtrering och torkning

Innan kväve separeras från luften avlägsnas föroreningar som fukt, olja, vatten och partiklar genom filtrering och torkning.

Separationssteget kan endast fungera lika bra som den luft som tillförs. Dålig luftkvalitet kan påverka separationsprocessen och kvaliteten på det producerade Kvävet.

3. Separationssteg: PSA eller membran

För många kvävegeneratorer på plats är PSA och membranseparation de två viktigaste icke-kryogeniska separationsmetoderna.

• Pressure Swing Adsorption (PSA): I en PSA-kvävegenerator leds tryckluft genom ett kolmolekylsikt (CMS), som i första hand adsorberar syre och andra gaser samtidigt som kväve släpps igenom som produktgas.
• Membranseparation: En kvävegenerator med membranteknik utnyttjar selektiv permeation. Tryckluft leds genom ihåliga fibermembran, där syre, vattenånga och andra komponenter med högre permeabilitet passerar genom membranet lättare än kväve.

4. Övervakning av renhet

Det producerade kvävet övervakas för att säkerställa att det uppfyller de fastställda kraven. Metoden för att övervaka kvävets renhet kan variera mellan olika system. Vissa generatorer kan använda en syreanalysator för att mäta resthalten av syre i kväveströmmen.

NITROGAS NG använder till exempel en syreanalysator baserad på zirkoniumoxid för att kontinuerligt mäta halten av restsyre i kväveströmmen.

5. Kvävetillförsel efter behov

Beroende på systemets utformning kan en buffertbehållare lagra en mängd kväve och bidra till att hantera kortsiktiga förändringar i efterfrågan, samtidigt som generatorn fortsätter att producera kväve enligt de föreskrivna specifikationerna.

Detta möjliggör en kontrollerad produktion av kvävgas på plats, där produktionsvolymen anpassas efter anläggningens behov.

Olika typer av kvävegeneratorer

PSA-kvävegeneratorer

En PSA-kvävegenerator använder omväxlande adsorptions- och regenereringscykler för att utvinna kväve ur tryckluft. I ett typiskt system med två bäddar adsorberar den ena tornet syre under tryck medan den andra tryckavlastas och regenereras. Bäddarna växlar sedan mellan varandra för att upprätthålla en kontinuerlig produktförsörjning. PSA-tekniken väljs vanligtvis när ett användningsområde kräver högre renhet vid kväve, kontrollerat flöde eller en produktström med snävare specifikationer.

Kvävegeneratorer med membran

En membrankvävegenerator möjliggör kväveproduktion genom själva membranet istället för genom adsorption. Systemet leder tryckluft genom buntar av ihåliga polymerfibrer. Syre, vattenånga och andra komponenter som tränger igenom snabbare passerar lättare genom membranet, medan kvävet stannar kvar i produktströmmen. Dessa system kan erbjuda en kompakt lösning för användningsområden som kräver kontinuerligt flöde, måttlig kväverenhet och enkel drift.

Användningsområden för kvävegeneratorer

Kvävegeneratorer kan användas inom olika branscher där det finns ett regelbundet behov av kväve i kontrollerade mängder. De kan utgöra ett praktiskt och kostnadseffektivt alternativ till levererat kväve, eftersom den gas som behövs kan produceras på plats och matas direkt till processen.

Vanliga användningsområden är bland annat:

Laserskärning

I vissa användningsområden för Laserskärning används kväve som hjälpgas för att minska oxidationen vid skärkanten och bidra till en renare yta.

Livsmedelsförpackningar

Kväve används vid förpackning i modifierad atmosfär (MAP) och vid användningsområden för spolning för att tränga undan syre och bidra till att bevara produktens kvalitet.

Vintillverkning

Kväve kan användas för gasinpackning och inertisering för att minska syreexponeringen under tillverkning och lagring.

Drycker

Kväve kan användas för gasinpackning av tankar, rensning av rörledningar, förpackning och andra användningsområden där syreexponeringen måste begränsas.

Kemisk och farmaceutisk tillverkning.

Kväve används för att spola, skydda och upprätthålla kontrollerade atmosfärer kring syrekänsliga material och processer.

Metallbearbeitung

Kväve används i vissa skär- och värmebehandlingsprocesser där det är viktigt att kontrollera oxidationen och säkerställa ytkvaliteten.

Övriga användningsområden

Även inom elektronikindustrin, bilindustrin och vid däckpåfyllning kan kväve användas när det krävs kontrollerad gaskvalitet eller minskad syreexponering.

Fördelarna med att använda kvävegeneratorer på plats

Varför producera kväve på plats? Svaret beror på anläggningen, men det finns flera fördelar som är gemensamma för de flesta.

• Säkerhet: Lokal produktion kan minska behovet av att hantera och lagra gasflaskor med högt tryck och kryogeniska tankar.
• Tillförlitlighet: Kväve produceras på anläggningen, vilket minskar beroendet av leveransscheman och externa leverantörer.
• Kostnadsbesparingar: Vid produktion av kväve på plats kan kostnaderna för hyra av gasflaskor, gasleveranser och hantering minska. De faktiska besparingarna beror på förbrukningen och driftsförhållandena.
• Flexibel skalbarhet: Modulära system för kväveproduktion kan utgöra ett praktiskt sätt att anpassa kapaciteten efter förändringar i efterfrågan.
• Hållbarhet: Att minska logistiken kring levererad gas kan bidra till att minska den transportrelaterade miljöpåverkan från Kväveförsörjningen.

För anläggningar som överväger att utföra produktionen av kväve på plats bör valet av rätt system utgå från en förståelse av den erforderliga renheten, flödet, trycket, efterfrågeprofilen och användningsområdena.

Varför just NITROGAS NG?

Systemet är uppbyggt kring PSA-teknik och säkerställer en automatisk tillförsel efter behov, samtidigt som en PLC-styrning övervakar viktiga parametrar såsom renhet, tryck och flöde. En syreanalysator baserad på zirkoniumoxid mäter kontinuerligt restsyret för att övervaka kväve-enheten.

Den kompakta, modulära konstruktionen kan anpassas efter anläggningens utveckling, samtidigt som kompatibilitet med Industri 4.0, egenutvecklad programvara och fullständigt stöd för installation bidrar till att den dagliga driften förblir enkel.

För anläggningar som går över från traditionell kvävetillförsel kan detta också innebära en betydande skillnad i kostnaden för att hålla kväve tillgängligt. NITROGAS NG kan sänka de totala kvävekostnaderna med upp till 90 %, beroende på användningsområde och befintliga leveransavtal, samtidigt som beroendet av gasflaskor, leveranser och externa leverantörer minskar.