A nitrogén számos iparágban széles körben alkalmazható. Az N₂ széleskörű felhasználhatóságának – és egyik legfontosabb előnyének – oka, hogy inert gáz. Hármas kötése miatt rendkívül stabil, és alig lép reakcióba más elemekkel. Ennek köszönhetően meggátolja bármilyen oxidáció kialakulását (például az elektronikai és fémmegmunkálási szektorban). Emellett színtelen és szagtalan.
Ezen tulajdonságok összessége teszi a nitrogént értékes erőforrássá, és számos ipari folyamat elengedhetetlen részévé.Az alábbiakban felsorolunk néhány iparágat, ahol a nitrogén kulcsfontosságú szerepet tölt be:• Gyógyszeripar: Veszélyes vagy nem kívánatos légkör helyettesítése a biztonság vagy a termékminőség érdekében, a gyógyszerkészítmények sterilitásának és tisztaságának fenntartása, aktív és nagy tisztaságú gyógyszeralapanyagok inertizálása a gyártás során, oxigén eltávolítása a gyors oxidáció és tűz elkerülése érdekében, inert környezet biztosítása vakcinás fiolákban, inert atmoszférájú csomagolás, reakciókeverékek átvitele egyik tartályból a másikba, stb.
Élelmiszercsomagolás: Nem vegyi tartósítószerként működik, védi a tápanyagokat, gátolja az aerob mikroorganizmusok szaporodását, megőrzi a termék integritását és minőségét szállítás közben, térkitöltés, fejtércsere, folyamatok inertizálása a nem kívánt égés megelőzése érdekében, kártevőirtás, fumigálás, (vegyi) burkolás, stb.
Italipar: Bor tartósítása és átfejtése, CO₂ helyettesítése (sörfőzdékben), folyadékok szabályozott szellőztetése, sör csapolása, sör palackozása és dobozolása, tartályok és edények öblítése, stb.
Fémek hőkezelése: Oxidáció megelőzése.
Gyártás: Széles körű alkalmazás: inertizálás, öblítés, sterilizálás, termékátvitel és csomagolás.
Laboratóriumok: Légköri szabályozás a folyamatok és eredmények védelmére.
Elektronika: Szennyeződés megelőzése tranzisztorok, áramkörök és diódák gyártása során.
Hegesztés/fémmegmunkálás: Oxidok és hulladékvegyületek képződésének megakadályozása.
Világítástechnika: Költséghatékony alternatíva argon helyett az izzógyártásban.
Olaj- és gázipar: Olajfinomítás, gázelválasztás, földgáz szárítása és hidrogén-tisztítás során alkalmazott folyamatok inertizálása.
Fedélzeti inert gázgeneráló rendszerek (OBIGGS): Repülőgépek üzemanyagtartályainak repülés közbeni inertizálása.
Ammóniagyártás: Üzemi tisztítási gáz visszanyerése.
Termékátvitel: Folyékony vagy por alakú anyagok biztonságos mozgatása, amelyek oxigénnel vagy vízgőzzel érintkezve veszélyesek lehetnek.
Csomagolás: Oxigén eltávolítása a termék szállítás közbeni megőrzése és védelme érdekében.
Metallurgia: Oxidáció megelőzése acél és ötvözetek gyártásánál.
Szórófestés: Átviteli hatékonyság javítása, sütési idő csökkentése, villanási idő megszüntetése, jobb felületi minőség elérése, …
LC/MS: Oldószer eltávolítása az analitikai érzékenység maximalizálása és hibás eredmények elkerülése érdekében.
Műanyag fröccsöntés: Oxigén kiszorítása a formából a nedvesség okozta hibák megelőzésére.
Gumiabroncs-felfújás: Égés és korrózió kockázatának megszüntetése, stabilabb abroncsnyomás, hosszabb élettartam,
Tűz-/robbanásmegelőzés: Tűz megelőzése oxigénhiányos légkör kialakításával, korrózió kockázatának megszüntetése sprinkler rendszerekben, …
Az N₂ alapvető szerepet tölt be ezekben és számtalan más alkalmazásban szinte minden iparágban. Ugyanakkor nem minden alkalmazás igényel azonos tisztaságú nitrogént.Például a lágyítási folyamatokhoz gyakran nagy tisztaságú nitrogén szükséges, míg a tűzmegelőzéshez általában alacsonyabb tisztaságú N₂ is elegendő.Ezért a hatékonyság növelése és az üzemeltetési költségek csökkentése érdekében a nitrogéntermelő rendszernek ugyanolyan sokoldalúnak kell lennie, mint magának a gáznak. Ez az a terület, ahol az Atlas Copco termékei kiemelkednek: bármilyen alkalmazásról legyen is szó, szinte biztosan kínálunk megfelelő megoldást az Ön igényeire.
A helyszíni nitrogéntermelés előnyeinek teljes kihasználásához kétféle technológia áll rendelkezésre: membrántechnológia és nyomásingadozásos adszorpció (PSA).Mindkettőnek megvannak a maga előnyei, amelyek bizonyos alkalmazásokhoz jobban illeszkednek. Először tekintsük át, hogyan működnek ezek a technológiák.Mindkét eljárás célja, hogy a hagyományos sűrített levegőből – amely 78% nitrogént, 21% oxigént és 1% egyéb gázt tartalmaz – kiszűrje mindazt, ami nem nitrogén. Azonban eltérő módszereket alkalmaznak a kívánt eredmény eléréséhez.
Nyomásingadozásos adszorpció (PSA): Ennél a technológiánál az adszorpció révén választják szét a nitrogént és az oxigént: az oxigénmolekulák egy szén-molekulaszitához kötődnek. Egy PSA nitrogéngenerátor két különálló tartályból áll. Az egyik tartályban éppen az oxigén szűrése történik, míg a másik regenerálódik, azaz a szitán megkötött oxigént egy elszívón keresztül eltávolítják.
A nyomásingadozásos adszorpció előnyei és hátrányai
A PSA eljárás akár 99,999%-os tisztaságú nitrogént is képes előállítani. Emellett a szükséges sűrített levegő mennyisége általában alacsonyabb, mint a membrános technológiánál, ami csökkenti az üzemeltetési költségeket. Ezek a tényezők önmagukban is a PSA technológiát tehetik előnyösebbé a membrános megoldással szemben. Ugyanakkor a legtöbb nitrogénfelhasználás nem igényel ilyen magas, 99,999%-os tisztaságot.
A megfelelő működéshez a nyomásingadozásos adszorpció nagyon tiszta, vízgőzmentes sűrített levegőt igényel.
Membrántechnológia: Egy hengeres fémházban elhelyezett, apró, üreges polimer szálakkal töltött membrán választja el a nitrogént a sűrített levegőtől. Ezt a folyamatot „permeációnak” nevezik, amely azért működik, mert a levegőben található gázok, gőzök és szennyeződések nem egyformán könnyen jutnak át a membrán falán.
A vízgőz például nagyon gyorsan áthalad a membránon, és egy kivezető nyíláson keresztül eltávolítható. Az oxigén is viszonylag gyorsan átjut, míg a nitrogén sokkal lassabban. Ennek eredményeként az N₂ hosszabb ideig a szálakban marad, miután a vízgőz és az oxigén már eltávozott. Így a kilépő oldalon gyakorlatilag csak nitrogén távozik.
Bár a PSA nitrogéngenerátorral elérhető extrém tisztaságot nem tudja biztosítani, a membrántechnológia más területeken kiemelkedő. Képes kezelni a beszívott levegő vízgőztartalmát. Emellett a membrános nitrogéngenerátorok kisebb helyigényük és rendkívül csendes működésük miatt sokkal több helyszínen telepíthetők.Továbbá, a mozgó alkatrészek nélküli, egyszerűbb felépítésnek köszönhetően ezek a generátorok jóval könnyebben karbantarthatók.
További előny, hogy a membrános nitrogéngenerátorok a folyamat természetéből adódóan folyamatos N₂ áramot biztosítanak, míg a PSA esetében ugyanehhez külső tartályokra van szükség. Végül, a membrános rendszerek modulárisan is telepíthetők, ezért ideálisak azoknak a vállalatoknak, amelyek N₂ termelésüket később bővíteni szeretnék.
MEMBRÁN
PSA
Elérhető tisztaság
Hatékonyan akár 99,5%
Hatékonyan akár 99,999%
Hatékonyság
Magas
Még magasabb
Teljesítmény hőmérséklet-függése
Magasabb magas hőmérsékleten
Alacsonyabb magas hőmérsékleten
Rendszerkomplexitás
Alacsony
Közepes
Karbantartási igény
Nagyon alacsony
Nyomásstabilitás
Stabil extra tartály nélkül
Stabil extra tartályokkal
Áramlásstabilitás
Indítási sebesség leállítás után
Gyors
Víz(gőz) érzékenység
Alacsony (folyékony víz nem megengedett)
Olajérzékenység
Engedélyezett (< 0,01 mg/m³)
Zajszint
Súly
Most, hogy áttekintettük a működésüket, valamint előnyeiket és hátrányaikat, felmerül a kérdés: melyik a jobb? A válasz: attól függ.
Végső soron az optimális technológia a nitrogén alkalmazásától függ. Sok esetben mindkét megoldás megbízhatóan teljesíti a feladatot, és költséghatékonyabb, mint a külső N₂ beszerzés. Ugyanakkor vannak olyan esetek, amikor az egyik technológia egyértelműen előnyösebb.
Ha a legmagasabb tisztaság elérése a cél, akkor a PSA a megfelelő választás. Ha viszont a nitrogéngenerátort laboratóriumban kell telepíteni, a halkabb membrántechnológia az ideálisabb.
Ezért azoknak a vállalatoknak, amelyek helyszíni nitrogéntermelés mellett döntenek, alaposan fel kell mérniük N₂ alkalmazásaikat, nitrogénigényüket és azt a működési környezetet, ahová a generátort telepíteni kívánják.
