Газообразный азот — это универсальный промышленный газ, используемый во многих отраслях для различных целей: от инертизации и очистки до замораживания и упаковки пищевых продуктов. Однако традиционные поставки через баллоны и сосуды Дьюара могут быть непомерно дорогими, опасными и сложными с точки зрения логистики при транспортировке и обращении.
К счастью, имеющиеся на объекте системы генераторов азота, использующие Адсорбция при переменном давлении (PSA) или мембранное разделение технологии предлагают экономичное, безопасное и надежное решение для извлечения азота из окружающего воздуха с уровнями чистоты, подходящими даже для самых требовательных применений.
В этом подробном руководстве представлено углубленное сравнение PSA и мембран. производство азота подходы к ключевым факторам производительности, соображениям стоимости, типичным приложениям, в которых превосходна каждая технология, а также рекомендации по выбору оптимальной системы в соответствии с вашими потребностями.
Введение в газообразный азот и его использование
Прежде чем углубляться в особенности производства PSA и мембранного азота, полезно понять, почему отрасли вообще нужен азот.
Азот является инертным, нереакционноспособным газом, и его основные области применения включают:
- Очистка – Удаление кислорода или влаги из технологического оборудования для предотвращения коррозии и поддержания чистоты.
- Одеяло – Защита чувствительных к кислороду химикатов и материалов от воздействия/разложения.
- Транспорт – Обеспечение неактивной атмосферы для перемещения предметов, таких как продукты питания, электроника или химикаты.
- Замораживание – Использование чрезвычайно низкой температуры жидкого азота для мгновенной заморозки пищевых продуктов, биологических препаратов, тканей и других деликатных образцов.
- Наддув – Обеспечение постоянной силы в таких приложениях, как пневматические системы.
Азот является золотым стандартом газа для этих важнейших функций в фармацевтической, химической, пищевой, аэрокосмической, электронной, металлообрабатывающей и нефтегазовой промышленности.
Соблюдение требований к чистоте, давлению, расходу и стоимости каждого применения отличает высокопроизводительные генераторы от неэффективных.
Как работают генераторы азота PSA
СРП, сокращение от адсорбции при переменном давлении, разделяет атмосферный воздух на потоки концентрированного кислорода и азота высокой чистоты, используя различия в размерах молекул и адсорбционном сродстве.
- Окружающий воздух сначала проходит через фильтры для удаления частиц, масел и влаги
- Очищенный воздух затем поступает в один из нескольких сосуды-адсорбенты упакованный с Углеродное молекулярное сито (CMS) средства массовой информации, окруженные вспомогательными компонентами, такими как дистрибьюторы и очистители
- При высоких относительных давлениях внутри сосудов материал CMS адсорбирует относительно небольшие молекулы кислорода и газовых примесей в своей обширно развитой сети нанопор, обеспечивая при этом преимущественное прохождение более легких и простых молекул азота.
- Как только емкость с адсорбентом достигает своей емкости, автоматический контроль осуществляется независимо. изменить давление ниже уровня окружающей среды
- Это вызывает изменение равновесия, при котором удерживаемые молекулы кислорода высвобождаются и смываются, в то время как экстракция азота из других сосудов продолжается непрерывно.
Компенсирующие этапы повышения давления и регенерации между несколькими резервуарами создают бесшовный цикл разделения PSA, который потребляет электроэнергию только для сжатия воздуха, перекачки жидкости и управления процессом.
Правильно спроектированные азотные системы PSA очень надежны. При подаче достаточного количества предварительно обработанного воздуха и обслуживании в соответствии с рекомендациями генераторы могут надежно производить азот соответствующего качества в течение более чем две декады.
Как работают мембранные генераторы азота
Мембранные разделения используют особый подход к извлечению азота из воздуха, основанный на врожденных различиях в проницаемости различных видов газа в избирательно проницаемых полимерных материалах.
- Окружающий воздух перед входом в мембранные модули сначала проходит через сажевый и коалесцирующий фильтры
- Тысячи длинных, узких мембранные волокна обеспечить обширную поверхность для разделения газов
- Материалы волокон и толщина стенок разработаны таким образом, чтобы обеспечить преференциальную диффузию кислорода и влаги по сравнению с азотом.
- При поддерживаемом манометрическом давлении кислород быстрее мигрирует через стенки волокон в виде «пермеата», в то время как азот быстрее перемещается по отверстиям полых волокон и выходит очищенным в потоке «ретентата».
- Вентиляционные отверстия пермеата безопасно удаляют быстро диффундирующие виды.
Мембранные генераторы не имеют движущихся частей и сложных органов управления и обеспечивают бесшумную работу, высокую надежность и быструю установку. Однако ограничения эффективности означают, что мембранное оборудование имеет тенденцию удовлетворять меньшие потребности в азоте при целях умеренной чистоты.
При правильной эксплуатации новые мембранные картриджи могут прослужить около 5 лет, прежде чем потребуется замена – простая процедура, аналогичная замене фильтров.
PSA в сравнении с уровнями чистоты мембранного азота
- PSA = до 99,9999%
- Мембрана = 95-99,51ТП3Т
Разделение воздуха на азот высокой чистоты и высокой степени извлечения становится все труднее, поскольку допустимые примеси выходят за пределы диапазона 95-99,5%.
Достижение чистоты четырех, пяти и шести девяток (от 99,99% до 99,999999%) зависит исключительно от технологии PSA, где глубокий захват кислорода обеспечивает получение азота прецизионного качества.
PSA в сравнении со скоростью потока мембранного азота
- PSA = Разработан для применений с высоким и очень высоким расходом азота – производительность от ~10 до тысяч кубических метров в час
- Мембрана = Обычно поток азота от малого до среднего составляет от 5 до ~ 3000 кубических метров в час.
После подготовки и сжатия воздуха системы PSA используют несколько сосудов, наполненных CMS, работающих параллельно, для бесперебойного масштабирования производительности по азоту в исключительно широком диапазоне без создания узких мест.
Масштабирование мембранной системы сталкивается с более серьезными проблемами, связанными с размером модуля, плотностью упаковки волокон и управлением паразитными энергетическими нагрузками, которые экономия на масштабе помогает уравновесить со стороны PSA.
Некоторые нишевые мембранные приложения действительно распространяются на более крупные масштабы, но, как правило, теряют экономическую эффективность по сравнению с PSA.
PSA и компромисс между эксплуатационными затратами на мембрану
| Фактор стоимости | СРП | Мембрана |
| Начальная цена системы | Обычно ниже | Часто выше |
| Потребление энергии | > Мембрана | < СРП |
| Расходные материалы + запасные части | Низкая частота | Чаще |
| Частота обслуживания | Длинные интервалы | Минимальный требуемый |
| Общая стоимость всего срока службы | Ниже | Выше |
Как ни странно, более высокие первоначальные капитальные вложения в PSA приносят дивиденды за счет более низких эксплуатационных расходов в течение срока службы и более длительного среднего времени между отказами по сравнению с мембранными системами, требующими замены.
При правильном обслуживании флагманские генераторы PSA работают надежно в течение более 20 лет потребляя при этом разумные затраты энергии при ограниченном обороте расходных материалов, что приводит к низким затратам на стандартный кубический фут.
Обе технологии производят азот более экономично, чем любые альтернативы.
Отрасли и области применения Идеально подходит для мембранного азота
Аэрокосмическая промышленность
- Тестирование компонентов
- Аэродинамические трубы
Автомобильная промышленность
- Покрасочные камеры
- Накачка шин
Продукты питания и напитки
- Транспорт под давлением
- Хранение газа
Печной газ, металлы
- Контролируемая атмосфера
- Термические процессы
Благодаря простоте и чистоте мембранные генераторы азота подходят для применений с низкими и средними требованиями при умеренной чистоте, таких как испытания компонентов аэрокосмической промышленности, использование автомобильных красок и шин в диапазоне 95-98%, инертизация расходных материалов при транспортировке или хранении, а также подача печного газа для пользователи металлургической промышленности.
Отрасли и области применения Идеально подходят для азота PSA
Добыча промышленного газа
- Центральное газоснабжение
- Массовое распространение
Химическая обработка
- Инертный защитный газ
- Транспортировка реагентов/продуктов
Нефть и газ
- Повышение нефтеотдачи
- Трубопроводная очистка
Производство электроники
- Транспортная атмосфера
- Среды хранения
Фармацевтическая обработка
- Бескислородный перенос
- Продувочный / общий газ
Надежное достижение уровня чистоты 99%+ при больших постоянных объемах делает системы PSA хорошо подходящими для крупномасштабных поставок азота, включая централизованное производство и распределение промышленного газа, производство жидкого азота, химическую и фармацевтическую отрасли с жесткими пределами содержания примесей, а также крупномасштабную нефтегазовую деятельность.
Экспертное руководство по удовлетворению ваших конкретных потребностей в производстве азота
Благодаря механизмам физического разделения, широкому диапазону коэффициентов производительности и разнообразным приложениям, требующим взвешивания, выбор оптимальных решений по азоту на месте, соответствующих вашим целям, может оказаться непростым делом.
Отличные новости? Специализированный производитель генераторов азота OxyNitra предлагает бесплатные услуги по проектированию приложений, позволяющие оценить ваши требования к интегрированным PSA или мембранным системам подходящего размера, максимизируя ценность.
Благодаря подробным обсуждениям, сбору информации, расчетам, сравнению арендной платы и покупки и разработке предложений опытные эксперты по азоту справятся с тяжелой работой, беспрепятственно предоставляя индивидуальные решения, позволяющие вам уделять больше времени своим основным операциям.
Не соглашайтесь на однозначные ответы по азоту. Свяжитесь с OxyNitra для получения индивидуальных рекомендаций, специально разработанных с учетом ваших условий эксплуатации и целевых затрат.
