Как работает азотный компрессор для производства газообразного азота

Азотный компрессор всасывает атмосферный воздух и подает его в генератор азота. Внутри этого устройства технология разделения удаляет кислород, влагу и следовые газы. В результате получается очищенный газообразный азот. Думайте о компрессоре как о двигателе: он обеспечивает давление и поток. Генератор выполняет фактическую работу по отделению азота от остальной части потока сжатого воздуха.

Генерация на месте также окупается. Предприятия, которые переходят с доставки жидкого азота на производство на месте, могут экономьте до 50% на затратах на азот, причем окупаемость часто наступает в течение первого года. В этом руководстве описываются все этапы, сравниваются мембранные системы и системы PSA, а также показано, как подобрать правильную установку.

Ключевые выводы

• Производство азота на месте позволяет сэкономить до 50 % затрат и окупается в течение года.

• Азотный компрессор подает сжатый воздух в генератор азота.

• Генератор отделяет азот от воздуха с помощью PSA или мембранной технологии.

• Системы PSA производят азот высокой чистоты, а мембранные системы проще и дешевле.

• Совместно подберите компрессор и генератор для надежного и эффективного производства азота.

Что делает генератор азота

Основы производства азота на месте

Генератор азота — это промышленная система, которая производит азот на месте путем отделения его от окружающего воздуха. Вы кормите его чистым, сухим сжатый воздух и изолирует молекулы азота, удаляя при этом кислород, углекислый газ и водяной пар. В процессе разделения используются либо мембранные волокна, либо углеродные молекулярные сита, в зависимости от необходимой вам чистоты.

Система включает в себя несколько вспомогательных компонентов. Воздушный компрессор подает сжатый воздух. Сушилка удаляет влагу. Фильтры улавливают пары масла и твердые частицы. Воздушный ресивер стабилизирует давление и поток. Генератор азота сам выполняет разделение. Ресивер азота хранит произведенный азот для пиковой потребности.

Зачем производить азот на месте

Производство на месте дает явные преимущества по сравнению с поставкой баллонов или наливной жидкости. Вы получаете стабильные поставки вне зависимости от графиков поставок. Долгосрочные затраты снижаются, потому что вы исключить периодические расходы на доставку и колебания цен со стороны поставщиков газа. Опасности при хранении также исчезают, поскольку вы больше не работаете с баллонами высокого давления и не обслуживаете криогенные резервуары.

Задержки в транспортировке, нехватка водителей и региональная нехватка бензина ограничивают модели, зависящие от доставки. Производство газообразного азота на месте устраняет эти внешние зависимости. Вы непрерывно производите азот из сжатого воздуха, когда вам это необходимо.

Предприятия, которые интегрируют производство азота на месте, сообщают не только о снижении затрат на газ, но также об измеримом улучшении времени безотказной работы приборов и сокращении инцидентов, связанных с безопасностью, связанных с обращением с баллонами и их хранением.

Локальные системы работают в контролируемой среде, интегрированной в вашу инфраструктуру сжатого воздуха. Это создает более безопасное рабочее место и упрощает управление поставками азота. Вы получаете оперативную автономность и предсказуемые производственные затраты.

Как азотный компрессор питает систему

Сжатие и кондиционирование воздуха

Азотный компрессор действует как источник питания для всей системы. Он втягивает атмосферный воздух и сжимает его до давления, необходимого вашему генератору азота. Большинству стандартных промышленных генераторов азота PSA требуется стабильное давление подаваемого воздуха между От 7,5 до 10 бар (от 110 до 145 фунтов на квадратный дюйм). Некоторые системы допускают более широкий диапазон рабочего давления на входе. от 4 до 13 бар. В основе большинства промышленных азотных компрессоров лежит роторно-винтовой агрегат. Такая конструкция обеспечивает непрерывный поток без пульсаций, что обеспечивает стабильность процесса разделения газов.

Ваш Генератор азота берет стандартный сжатый воздух и фильтрует его для отделения молекул азота от кислорода, углекислого газа и водяного пара. Разделение осуществляется либо с помощью углеродных молекулярных сит, либо с помощью половолоконных мембран. Фактор воздуха — соотношение потребляемого сжатого воздуха и производимого азота — является ключевым показателем эффективности. Более низкий коэффициент воздуха означает более низкое потребление энергии и снижение эксплуатационных расходов. Основными эксплуатационными расходами генератора азота PSA является электроэнергия, потребляемая воздушным компрессором.

Соотношение воздух-газ меняется в зависимости от вашей цели по чистоте. Более высокая чистота требует большего количества подаваемого воздуха для того же выхода азота.

Фильтрация и контроль точки росы

Точка росы — это температура, при которой водяной пар в сжатом воздухе конденсируется в жидкость. Низкая точка росы необходима для защиты разделительной среды внутри вашего генератора. Углеродные молекулярные сита очень чувствительны к влаге и масляным загрязнениям. Влажный или загрязненный приточный воздух ухудшает адсорбционную способность и значительно сокращает срок службы сит.

Необходим осушитель, расположенный между компрессором и генератором. Рефрижераторные сушилки удаляют влагу до постоянной точки росы под давлением. В влагопоглощающих осушителях используются влагопоглощающие материалы, такие как активированный оксид алюминия или силикагель, в двухбашенных конструкциях для достижения очень низкой точки росы. Высокоэффективная фильтрация удаляет твердые частицы и масляные аэрозоли. Это обеспечивает чистоту газа для пищевой и электронной промышленности.

Доохладитель — это теплообменник, охлаждающий горячий сжатый воздух, выходящий из компрессора. Это приводит к тому, что большая часть водяного пара конденсируется в жидкость до того, как воздух попадет в остальную часть системы. Резервуары воздушного ресивера стабилизируют давление в системе. Резервуары для влажного воздуха устанавливаются после компрессора и перед осушителем и служат первой ступенью удаления влаги путем охлаждения горячего сжатого воздуха и конденсации большой доли водяного пара. Резервуары сухого воздуха расположены после осушителя воздуха и служат основным резервуаром для хранения. Для определения размера запланируйте производительность ресивера на фут3/мин производительности компрессора. Обычно одну треть приходится на мокрый бак, а две трети на сухой бак.

Объяснение технологии адсорбции при переменном давлении

Технология адсорбции с переменным давлением отделяет воздух без нагревания. Вы наполняете сосуд углеродным молекулярным ситом, микропористым материалом, поры которого обычно имеют размер между 3 и 5 Å. Молекулы кислорода диффундируют в эти поры быстрее, чем более крупные молекулы. Таким образом, сито задерживает кислород, а азот течет дальше. Адсорбция не является химической реакцией. Молекулы кислорода просто прилипают к стенкам пор и позже высвобождаются при изменении условий. В этом суть адсорбционной технологии.

Как адсорбция при переменном давлении отделяет кислород

В процессе разделения газов вы подаете воздух в сосуд под высоким давлением. Сито выполняет роль адсорбента. Молекулы кислорода проникают в микропоры и остаются там. Более крупные молекулы не могут проникать в слой и проходить через него в виде продуктового газа. Размер пор должен быть точным. Если поры слишком велики, в них проникают оба газа, и разделение не удается. Если они слишком малы, газ не поступает. Хорошо подготовленное сито может достичь селективности по O2/N2, равной 32, что означает, что он сильно предпочитает кислород. Это же сито также улавливает водяной пар и следы примесей. Эти загрязнения покидают резервуар только во время регенерации, поэтому продукт остается чистым. Вы можете регулировать чистоту, изменяя время цикла или поток подаваемого воздуха.

Как только сито насытится, вы переключаете сосуд на регенерацию. Захваченный кислород десорбируется и выбрасывается в атмосферу. Это регенерирует сито для следующего цикла. Процесс протекает при температуре, близкой к температуре окружающей среды, обычно между 20°С и 25°С . Вы повторяете цикл без паузы. Вот как работает выработка азота с помощью PSA в промышленной упаковке. Вы можете думать об этом как о машине молекулярной сортировки: сортируйте, захватывайте, выпускайте, повторяйте.

Двухкорпусный цикл для непрерывного снабжения

Одно судно остановило бы производство во время регенерации. Конструкция с двумя резервуарами позволяет избежать этого разрыва. Один сосуд адсорбирует, а другой сбрасывает давление и выделяет кислород. Электронные клапаны переключают поток воздуха между кроватями. Когда первая грядка насыщается, вторая мгновенно вступает во владение. Таким образом, процесс качающейся адсорбции обеспечивает непрерывный поток газообразного азота высокой чистоты. Небольшая часть продукта очищает регенерирующий слой, удаляя остаточный кислород, прежде чем этот слой вернется в эксплуатацию. Этот этап очистки обеспечивает эффективность следующей фазы адсорбции.

Выравнивание кроватей повышает эффективность. Когда давление в одном слое разгерметизируется, выходящий газ частично создает давление в другом слое. Это экономит энергию во время рекомпрессии. Результатом является снижение эксплуатационных затрат при той же производительности. Эта адсорбционная технология делает цикл практичным для повседневной эксплуатации. Типичная двухсосудистая система восстанавливается 45–52% азота в приточном воздухе. Он потребляет около 0,3–0,6 кВтч на кубометр стандартного азота. Оптимизированная CMS может производить продукцию с чистотой до 99,9999% . Производство азота на этом уровне подходит для упаковки пищевых продуктов, электроники и лазерной резки.

Генераторы азота CGT PSA работают по принципу адсорбции при переменном давлении, используя ту же технологию PSA, производя азот из сжатого воздуха. Азот, производимый генераторами азота PSA, остается постоянным, поскольку двойные сосуды чередуются без остановки. Каждый генератор азота в этой линейке использует один и тот же метод: нагнетание давления, адсорбция, сброс давления и повторение. Этот цикл адсорбции с переменным давлением обеспечивает надежное круглосуточное снабжение.

Мембрана и азотные системы PSA

Мембранные генераторы азота сжимают воздух и пропускают его через половолоконные мембраны. Это пучки крошечных полимерных волокон. Кислород и водяной пар проникают через стенки волокна быстрее, чем азот. Оставшийся газовый поток по мере своего движения обогащается азотом. Это технология мембранного разделения азота в ее простейшей форме.

Сравнение чистоты, текучести и стоимости

Компромисс между скоростью потока и чистотой определяет каждое решение о покупке. Более высокая чистота требует более длительного времени контакта с разделительной средой, что снижает скорость потока. В системах PSA вам может потребоваться более медленный цикл или больший слой адсорбента. В мембранных системах вы снижаете скорость потока, чтобы дать кислороду больше времени для проникновения. Таким образом, тот же генератор обеспечивает гораздо больший поток при Чистота 95–96%, чем при сверхвысокой чистоте, при которой расход резко падает.

Костюм мембранных систем приложения с низкой чистотой, где стоимость имеет решающее значение. Системы PSA рассчитаны на азот высокой чистоты и требуют больших расходов, но вы платите больше авансом и с течением времени.

Сравнение технического обслуживания и занимаемой площади

Мембранные системы – это компактный и быстрый старт. Вы можете установить установки более низкой чистоты на производственном участке рядом с местом использования. Они работают непрерывно и имеют простое управление.

Системы PSA основаны на нескольких адсорбционных емкостях, переключающих клапанах, управлении циклом и этапах регенерации. Им может потребоваться большая площадь или более сложная езда на велосипеде. Вы можете адаптировать смонтированные на раме, сплит-типа, интегрированные или контейнерные конфигурации к пространству вашего объекта. Планируйте заполнение молекулярных сит каждые 6–10 лет, фильтрующие элементы каждые 8 000 часов работы, осушитель-осушитель через 16 000–24 000 часов работы. Составьте список запасных частей с учетом часов работы и риска простоя.

Сопоставьте технологию с вашим применением. Выбирайте мембрану для более низкой чистоты и простоты обслуживания. Выбирайте адсорбцию с переменным давлением для обеспечения высокой чистоты и высокого расхода.

Выбор и применение азотных систем

Соответствие чистоты и требований правильной системе

Вам следует объединить азотный компрессор и генератор азота в один блок. Начните с нормы потребления азота в точке использования, измеряемой в кубических футах в минуту, кубических футах в час или Нм⊃3;/час. Для периодических работ, таких как продувка трубопровода, преобразуйте общий объем и время работы в скорость потока: требуемый поток азота = общий объем азота ÷ время. Затем определите требуемую чистоту, поскольку генератор с чистотой 95 % не обеспечит тот же поток с чистотой 99,9 %. По мере повышения чистоты доступная мощность обычно падает, поэтому всегда проверяйте производительность генератора при заданной чистоте.

Затем проверьте давление подачи в точке использования. Производительность компрессора, обработка воздуха, хранение и наддув азота — все это влияет на то, соответствует ли система этому давлению. Примените запас по размеру к требуемому расходу: расчетная мощность генератора азота = требуемый поток азота × коэффициент размера, где коэффициент размера обычно находится в диапазоне от от 1,1 до 1,25 . Проверьте эту пропускную способность при первом проходе по реальным данным производительности. Если у вас короткие пики расхода, добавьте хранилище или дополнительную емкость. Пусть чистота диктует технологию: мембранные системы подходят для умеренной чистоты, а системы PSA работают с азотом высокой чистоты.

Распространенные приложения и преимущества

Разным отраслям необходимы разные уровни чистоты. Используйте эту таблицу в качестве отправной точки для вашего приложения.

В упаковке пищевых продуктов используется азот для предотвращения порчи и продления срока хранения. Производство электроники использует газ сверхвысокой чистоты для предотвращения микроскопических дефектов. Лазерная резка использует азот в качестве вспомогательный газ, который защищает расплавленный металл от кислорода и обеспечивает чистые края.

Производство азота на месте сокращает затраты на азот до 50% по сравнению с наливом или баллонами. Он устраняет арендную плату, надбавки за опасные материалы и плату за доставку. Вы также устраняете отходы из охлаждаемых резервуаров-хранилищ, поскольку производите азот только по мере необходимости. Большинство предприятий окупают полную стоимость системы в течение одного-трех лет.

Ваш азотный компрессор сжимает воздух, а генератор азота выделяет кислород из этого сжатого воздуха. Вместе они доставляют газообразный азот той чистоты и расхода, которые необходимы для вашего применения.

Выберите мембранные системы для умеренной чистоты и меньшего бюджета. Выбирайте адсорбцию с переменным давлением, если вам нужен азот высокой чистоты и более высокий поток. Подберите технологию в соответствии с вашей чистотой, спросом и бюджетом.

Начните с оценки ваших требований к чистоте и текучести. Затем объедините азотный компрессор и генератор в одну систему. Такой подход обеспечивает надежное производство азота и долгосрочную экономию затрат.

Часто задаваемые вопросы

Какое давление должен обеспечивать азотный компрессор?

Большинству генераторов PSA требуется давление питающего воздуха между 7,5 и 10 бар. Некоторые системы допускают давление от 4 до 13 бар. Роторный винтовой компрессор обеспечивает этот устойчивый поток. Сначала проверьте характеристики входа вашего генератора, а затем настройте компрессор в соответствии с ними.

Как вы контролируете чистоту производимого азота?

Вы регулируете время цикла или подаете поток воздуха. Более высокая чистота требует большего количества подаваемого воздуха для достижения той же производительности. Генератор с номинальной мощностью 95% не будет обеспечивать тот же поток при мощности 99,9%. Всегда проверяйте данные производительности при заданной чистоте.

Почему точка росы имеет значение для генератора азота?

Точка росы – это температура, при которой водяной пар конденсируется в жидкость. Углеродное молекулярное сито очень чувствительно к влаге и маслу. Влажный входящий воздух ухудшает адсорбционную способность и сокращает срок службы сит. Осушитель между компрессором и генератором защищает разделительную среду.

Как часто вы меняете молекулярное сито?

Планируйте заполнение молекулярных сит каждые 6–10 лет. Заменяйте фильтрующие элементы каждые 8000 часов работы. Заменяйте осушитель через 16 000–24 000 часов работы. Составьте список запасных частей с учетом этих интервалов и риска простоя.

Какая система соответствует требованиям более низкой чистоты?

Выбирайте мембранные системы с умеренной чистотой и меньшим бюджетом. Они компактны, быстро запускаются и работают с простым управлением. Выберите Адсорбция при переменном давлении, когда вам нужен азот высокой чистоты и более высокий поток. Подберите технологию в соответствии с вашей чистотой, спросом и бюджетом.