Generator azotu

Generator azotu lub wytwornica azotu tak naprawdę powinny nazywać się separatorem azotu.

Powietrze, które nas otacza ma w swoim składzie 78% azotu, 21% tlenu, prawie 1% argonu, śladowe części innych gazów oraz parę wodną. Zawiera też inne zanieczyszczenia, które usuwa się w procesie filtracji i osuszania po sprężeniu, a przed wejściem do wytwornicy azotu.

Generator azotu usuwa z tak oczyszczonego strumienia sprężonego powietrza gazy inne niż azot. Produkuje go w miejscu jego zużycia oraz umożliwia kontrolę nad jakością, ciśnieniem i ilością dostarczanego gazowego azotu jednocześnie oszczędzając pieniądze.

Więcej o zaletach posiadania własnej produkcji azotu możesz przeczytać w dedykowanej poradzie.

Czystość azotu i technologia

Czystość odseparowanego azotu zależy od technologii:

• W przypadku membranowych generatorów czystość azotu wyniesie od 95% do 99,5%.
• W przypadku generatorów azotu w technologii zmiennociśnieniowej adsorpcji PSA (Pressure Swing Adsorption) czystość azotu wyniesie do 99,999%.

Proces adsorpcji zmiennociśnieniowej

Adsorpcja to proces wiązania cząsteczek, atomów lub jonów z powierzchnią adsorbentów.

Adsorbentem w tym przypadku jest węglowe sito molekularne CMS (Carbon Molecular Sieve) umieszczone w zbiorniku/kolumnie/wieży.

Sito molekularne to materiał porowaty o ściśle określonej wielkości porów, które mają zdolność selektywnego wiązania cząsteczek.

• Efektywna średnica cząstki azotu wynosi N₂=3,16 A (Angstrem)
• Efektywna średnica cząstki tlenu wynosi O₂=2,96 A (Angstrem)

Cząstkami adsorbowanymi na powierzchni sita są tlen i inne gazy, a azot przepływa dalej.

Konstrukcja generatora azotu PSA

W efekcie pracy generator opuszcza w sposób ciągły azot o czystości zaprojektowanej w konstrukcji. Konstrukcja to dwie kolumny z sitami molekularnymi. Kolektor górny i dolny, zawory, tłumiki, rury i układ pomiarowy w tym analizator zawartości tlenu. Wytwornicę wyposaża się też w filtry liniowe sprężonego powietrza i azotu.

Z wyglądu, generator azotu jest bardzo podobny do dwukolumnowego osuszacza adsorpcyjnego, ale istnieją też konstrukcje obudowane, lub modułowe montowane z prefabrykowanych paneli.

Jak działa generator azotu?

W generatorze azotu adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA po pewnym czasie przepływu sprężonego powietrza przez kolumnę A węglowe sito molekularne nasyca się i traci możliwość wiązania cząsteczek. Musi się zregenerować.

Układ sterujący zamyka zawory wlotowe, wylotowe i wydmuchowe obu kolumn. Otwiera zawory kompensacyjne, kolumna przełącza się w tryb wyrównania i ciśnienie w obu kolumnach przez krótki czas jest takie samo.

Następnie kolumna A przełącza się w tryb regeneracji. Do tej kolumny rozprężana jest część czystego azotu w celu przyspieszenia procesu uwalniania tlenu z węglowego sita molekularnego. Azot płynie w kierunku przeciwnym do wcześniej płynącego sprężonego powietrza, a sito w obniżonym ciśnieniu traci zdolność do zatrzymywania na swojej powierzchni cząsteczek tlenu i innych gazów, które są usuwane poza kolumnę do atmosfery.

W tym samym czasie strumień sprężonego powietrza przełączany jest zaworem do drugiej kolumny B, która była wcześniej regenerowana i jest gotowa do adsorpcji.

Złoża węglowego sita molekularnego pracują na przemian w trybie adsorpcji i regeneracji, co zapewnia ciągłe, nieprzerwane wytwarzanie azotu. Złoża te są poddawane zmiennemu ciśnieniu i stąd nazwa procesu – adsorpcja zmiennociśnieniowa.

Sterowanie czasem adsorpcji w generatorze azotu

Tradycyjny system wykorzystuje przełączanie kolumn po określonym upływie czasu i w związku z tym niepełne wykorzystanie możliwości cyklu adsorpcji. Złoże dla bezpieczeństwa procesu regeneruje się przedwcześnie, bo nie ma systemu monitorowania poziomu czystości azotu. Cena zakupu generatora azotu rekompensuje brak tego systemu.

Istnieje opcja wyposażenia generatora azotu w system oszczędzania energii. Dwa dodatkowe analizatory tlenu pozwalają na oszczędność energii poprzez dokładne utrzymanie poziomu czystości azotu. Osiąga się to przez wydłużenie cyklu adsorpcji. W konsekwencji oszczędza się cenne sprężone powietrze oraz azot zużywane przez generator podczas przełączania kolumn. Cena zakupu generatora azotu wyposażonego w system monitoringu poziomu czystości azotu jest wyższa. Jednak spłaca się szybko dzięki oszczędności zużywanej energii.

Sprężone powietrze w wytwarzaniu azotu

Jakość sprężonego powietrza jest kluczowym czynnikiem w stabilności i skuteczności procesu separacji azotu. Po drodze część powietrza wykorzystuje się do jego osuszania i traci bezpowrotnie. O tym zagadnieniu będzie następna porada w Poradniku Sprężarkowni, ale już teraz możesz przeczytać poradę o schemacie instalacji sprężonego powietrza i gdzie w nim znajduje się generator azotu.

Możesz też do mnie zadzwonić lub napisać maila 🙂