A nitrogén generátor egy ipari rendszer, amely a sűrített levegőtől való leválasztással nitrogéngázt állít elő a helyszínen. Ezek a rendszerek a szállított nitrogénpalackokra vagy folyékony nitrogéntartályokra támaszkodva nitrogént vonnak ki, ami A Föld légkörének 78%-a – és az alkalmazási követelményektől függően 95% és 99,999% közötti tisztaságban szállítja ki.
A fő előny a hagyományos nitrogénellátási módszerekhez kapcsolódó logisztikai, költségek és biztonsági aggályok kiküszöbölésében rejlik. Az élelmiszer-csomagoló iparágaktól az elektronikai gyártásig nitrogéngenerátorokat használnak a folyamatos gázellátás fenntartása érdekében, miközben a működési költségeket akár kb. 40-60% a hengeres szállításhoz képest .
A nitrogéngenerátorok a sűrített levegő speciális elválasztási technológiákon keresztül történő szűrésével működnek. A folyamat azzal kezdődik, hogy egy légkompresszor nyomás alatti levegőt szállít a generátorhoz, amely ezután eltávolítja az oxigént, a vízgőzt és más nyomgázokat a nitrogénmolekulák izolálására.
Ennek az eljárásnak a hatékonysága az alkalmazott elválasztási technológiától függ, a különböző tisztasági követelményekhez és áramlási sebességekhez igazodó különböző módszerek.
Két elsődleges technológia uralja a nitrogéntermelési piacot, amelyek mindegyike külön előnyökkel jár bizonyos alkalmazásokhoz.
A PSA nitrogéngenerátorok szénmolekuláris szita (CMS) anyagot használnak az oxigénmolekulák szelektív adszorbeálására, miközben lehetővé teszik a nitrogén áthaladását. A rendszer két tornyot tartalmaz, amelyek mindegyike váltakozik az adszorpciós és a regenerációs fázis között 30-120 másodperc .
A legfontosabb jellemzők a következők:
A membránrendszerek üreges szálas membránokat használnak, amelyek különböző permeációs sebességgel rendelkeznek a különböző gázmolekulákhoz. Az oxigén és a vízgőz gyorsabban hatol át a membrán falán, mint a nitrogén, így nitrogénnel dúsított áramot hoznak létre.
A legfontosabb jellemzők a következők:
| Funkció | PSA generátorok | Membrángenerátorok |
|---|---|---|
| Maximális tisztaság | 99,999% | 99,5% |
| Mozgó alkatrészek | Igen (szelepek) | Nem |
| Energiahatékonyság | Magasabb | Alsó |
| Kezdeti költség | Magasabb | Alsó |
| Karbantartás | Mérsékelt | Minimális |
A nitrogéngenerátorok kritikus funkciókat látnak el különféle iparágakban, ahol az inert atmoszféra, a termékmegőrzés vagy a biztonsági alkalmazások megbízható nitrogénellátást igényelnek.
A módosított atmoszférájú csomagolás (MAP) nitrogént használ az oxigén kiszorítására, ezzel meghosszabbítva az eltarthatóságot 200-400% olyan termékekhez, mint a kávé, diófélék és szárított gyümölcsök. A sörfőzdék nitrogént használnak a tartály burkolására és szénsavasítására, legfeljebb 500 köbméter naponta közepes méretű műveleteknél.
A hullámforrasztó és újrafolyó kemencék nitrogén atmoszférát igényelnek 99,99%-os tisztaság az oxidáció megakadályozására a PCB összeszerelés során. Egy tipikus SMT vonal óránként 50-100 köbméter nitrogént fogyaszt, így a helyszíni termelés gazdaságilag elengedhetetlen a nagy volumenű létesítmények számára.
A reaktor letakarása, a termék szárítása és a csővezeték öblítése szabályozott nitrogénkörnyezetet igényel. A gyógyszerészeti létesítményeknek gyakran szükségük van 99,5-99,9% tisztaságú az FDA 21 CFR Part 11 elektronikus iratokra vonatkozó követelményeinek megfelelő dokumentációval.
A csővezetékek öblítése, a nyomáspróbák és a továbbfejlesztett olajkinyerési alkalmazások hatalmas nitrogénmennyiséget fogyasztanak. Az offshore platformok egyre gyakrabban használnak membrángenerátorokat azok miatt nulla mozgó alkatrész tervezés valamint a mozgással és rezgésekkel szembeni ellenállás.
A lézeres vágási, keményforrasztási és izzítási műveletek nitrogént használnak az oxidáció és a vízkőképződés megakadályozására. Egyetlen lézervágó gép fogyaszthat 20-40 köbméter óránként 99,999%-os tisztaságú rozsdamentes acél alkalmazásokhoz.
A nitrogéngenerátorok pénzügyi szempontja az ismétlődő ellátási költségek kiküszöbölésére és a működési rugalmasság javítására irányul.
Fogyasztó létesítményhez 100 köbméter nitrogén naponta , az éves költségek a következőképpen oszlanak meg:
A tipikus rendszerköltségek től kezdve 25 000 és 150 000 dollár között a kapacitás- és tisztasági követelményektől függően a megtérülési idő átlagosan 1,5-3 év folyamatos üzemelés esetén.
A közvetlen költségcsökkentésen túl a nitrogéngenerátorok kiküszöbölik:
A nitrogéngenerátor megfelelő méretezéséhez három kritikus paraméter elemzésére van szükség: áramlási sebesség, tisztasági szint és üzemi nyomás.
Számítsa ki az óránkénti csúcsfogyasztást a tényleges felhasználás mérésével a maximális termelési körülmények között. Add hozzá a 20-30% biztonsági ráhagyás hogy figyelembe vegyék a jövőbeni növekedést és a folyamatok változásait. A rendszerek a kisméretű, 5 köbméter per órás egységektől a 10 000 köbmétert meghaladó teljesítményű ipari létesítményekig terjednek.
A generátor kimenetét igazítsa a tényleges alkalmazási igényekhez, ahelyett, hogy túlzottan specifikálna. A tisztaság 99% feletti minden 1%-os növelése megköveteli 15-25%-kal több energia és nagyobb felszerelések. Az általános tisztasági szintek a következők:
A nitrogéngenerátorok tiszta, száraz, megfelelő térfogatú sűrített levegőt igényelnek. Általános szabály, hogy a PSA rendszereknek szükségük van 4-5 köbméter sűrített levegő 1 köbméter 99%-os tisztaságú nitrogén előállítására. A membránrendszerekhez szükséges 5-8 köbméter köbméterenként kibocsátott nitrogén.
A nitrogéngenerátorok minimális, de kritikus karbantartást igényelnek az egyenletes teljesítmény és a hosszú élettartam érdekében.
A legfontosabb karbantartási feladatok a következők:
A membránrendszerek még kevesebb beavatkozást igényelnek:
Az élettartamot leginkább befolyásoló tényező a sűrített levegő minősége. Az olaj- és vízszennyeződés hónapokon belül tartósan károsíthatja az elválasztó közeget, ezért elengedhetetlen a megfelelő levegőkezelés.
A helyszíni nitrogéntermelés csökkenti a környezetterhelést a hagyományos szállítási módokhoz képest, miközben javítja a munkahelyi biztonságot.
A szállító teherautók utazásának kiküszöbölése csökkenti a CO2-kibocsátást 60-80% a hengeres szállításhoz képest. A napi 100 köbmétert használó létesítmény kb 15 tonna CO2 évente a közlekedési kibocsátások elkerülésével.
A helyszíni előállítás kiküszöböli a nagynyomású palackkezelés kockázatait, és csökkenti a kriogén folyadékexpozíciót. A nitrogéngenerátorok a következő helyen működnek 7-10 bar a tárolóhengerek 200 bar nyomásához képest jelentősen csökkenti a katasztrofális meghibásodás kockázatát. Ezenkívül a folyamatos rendelkezésre állás megakadályozza, hogy a munkavállalók gázhiány miatt elhalasszák a biztonsági eljárásokat.
A nitrogéntermelési technológia folyamatosan fejlődik az energiahatékonyság, az automatizálás és az integrációs képességek javulásával.
A legújabb innovációk közé tartoznak a változtatható fordulatszámú kompresszorok, amelyek csökkentik az energiafogyasztást 20-35% részleges terhelés esetén IoT-képes felügyeleti rendszerek, amelyek megjósolják a karbantartási igényeket a hibák bekövetkezése előtt, valamint a PSA és a membrántechnológiákat kombináló hibrid rendszerek a hatékonyság optimalizálása érdekében a változó igényprofilok között.
A fejlett szén-molekulaszűrős készítmények most már alacsonyabb nyomáskülönbségek mellett is ugyanazt a tisztaságot érik el, csökkentve ezzel a kompressziós energiaigényt. Egyes gyártók arról számolnak be 40%-os energiamegtakarítás az egy évtizeddel ezelőtti rendszerekhez képest, miközben 30%-kal kevesebb alapterületet foglalnak el.