Начинаем серию статей об оборудовании, предназначенном для генерации чистого газообразного азота из окружающего нас воздуха. Такое оборудование может помочь сберечь круглую сумму в бюджете предприятия, за счет отсутствия необходимости закупки азота в баллонах.
В атмосфере вокруг нас 78% азота и 21% кислорода, расчет конечно по объему. Когда мы говорим о генерации азота, в целом, это процесс разделения азота от кислорода и других компонентов воздуха, включая влагу.
Еще в далеком 19 веке ученые проводили свои эксперименты с угольными набивками и были предприняты первые шаги в разделение веществ методом адсорбции, хотя конечно название методу было придумано много позже.
В наше время такое разделение используется в химии и биологии, при производстве лекарств и иных веществ для промышленного использования, а также для анализа примесей в веществах и изучения их степени очистки.
Особое применение газообразный азот получил в системах пожаротушения, в качестве инертного газа не поддерживающего горение. Им продувают цистерны и емкости с целью удаления остатков взрывоопасных смесей. Азот применяется в лазерной резке металлов, пивоварении, пищевой промышленности для упаковки продуктов, медицине и сельском хозяйстве.
Что касается генерации азота, наиболее качественным методом выделения его из воздушной смеси является адсорбционный метод в парных колоннах.
Технология базируется на явлении адсорбции – поглощении газа твердым веществом, адсорбентом.
Установки короткоцикловой адсорбции предназначены для получения газообразного кислорода или азота. Разделение происходит в полностью автоматическом режиме.
Адсорбционная технология разделения воздуха основана на различной скорости поглощения компонентов газовой смеси адсорбентом в зависимости от давления.
В азотной установке (см. рис.), происходят следующие процессы: в то время как в адсорбере, находящемся под давлением, кислород поглощается адсорбентом(левая колонна), в другой емкости происходит сброс давления и регенерация адсорбента в обратном направлении (правая колонна). Во время работы установки разделения воздуха адсорберы поочередно находятся в стадии поглощения и регенерации.
Таким образом, адсорбционный генератор азота является устройством циклического типа с автоматической регенерацией (восстановлением свойств) адсорбента в каждом цикле работы. Данный метод наиболее эффективный (до 99,9999% чистоты азота), нежели мембранный, о котором пойдет речь ниже.
В мембранной технологии сухой сжатый воздух фильтруется и пропускается через пучок полых мембранных волокон, где азот отделяется от подаваемого воздуха путем селективной проницаемости. Водяной пар и кислород быстро и безопасно выпускаются в атмосферу, в то время как газообразный азот под давлением поступает в распределительную систему. Давление, расход, размер и количество мембран являются основными переменными, которые влияют на качество азота. Чистота азота (содержание примесей) контролируется путем дросселирования выхода из мембранного пучка(ов). При заданном давлении и размере мембраны увеличение потока азота позволяет большему количеству кислорода оставаться в газовом потоке, снижая чистоту азота. И наоборот, уменьшение потока азота увеличивает чистоту. Для определенной чистоты более высокое давление воздуха на мембрану дает более высокую скорость потока азота. Возможны диапазоны чистоты до 99,6%. Объединяя несколько мембранных пучков, можно получить бесконечное количество диапазонов расхода/чистоты, чтобы удовлетворить практически любое применение, требующее газообразного азота.
Преимущества различных способов генерации азота
Главные преимущества мембранного генератора азота - это более простая конструкция, меньшее количество клапанов и регуляторов, более высокий ресурс из-за меньшего переключения элементов. Однако в данном случае конечно же мы жертвуем качеством азота, а также расходуем больше электрической энергии на предварительный подогрев сжатого воздуха. В случае выхода мембраны из строя, например при недостаточной подготовке сжатого воздуха, стоимость замены мембраны будет составлять 80-90% цены генератора.
Плюсы адсорбционного метода:
- Быстрый выход на заданные параметры, после длительного простоя станции.
- Срок использования адсорбента (молекулярных сит) от 12 - 15 лет.
- При повреждении адсорбента – возможность его замены, что обычно составляет не более 50 % от стоимости генератора.
- Замена адсорбента происходит очень просто – ссыпается адсорбент из емкостей и засыпается новый.
- Отсутствие каких-либо нагревательных элементов, а значит снижаются эксплуатационные расходы.
- Максимальная чистота азота 99,9999%.
В данных выводах заложена вся суть вечного выбора между низкими капитальными/эксплуатационными затратами и высоким качеством генерируемого азота. Безусловно, в первую очередь любые расчеты отталкиваются от поставленных задач и требуемых параметров для оборудования - потребителей азота.
В любом случае, выбор заказчика - это наш приоритет!