Ciekły azot - Sprężarkownia

Ciekły azot i recykling kriogeniczny

Niedawno skontaktował się ze mną klient zainteresowany instalacją do wytwarzania ciekłego azotu. Projekt ciekawy z punktu widzenia rozwiązania kilku problemów wytwarzania i magazynowania ciekłego azotu.

Rozwiązanie też nie jest najtańsze, bo instalacja o wydajności 50-70 litrów/godzinę to inwestycja na poziomie ok. 600.000 EUR. Fundusze europejskie i ochrona środowiska to motywy przewodnie powodzenia takiego przedsięwzięcia. Ciekły azot bedzie wykorzystywany w recyklingu kriogenicznym.

Ciekły azot jest cieczą kriogeniczną czyli skroplonym gazem o temperaturze wrzenia poniżej -90°C. Jest obojętny, bezbarwny, bezwonny, niekorozyjny, niepalny i wyjątkowo zimny. Właśnie ta ostatnia cecha sprawia, że jest idealny do kriogenicznych zastosowań.

Właściwości fizyczne ciekłego azotu

Temperatura wrzenia przy 1013 hPa wynosi –195,8°C.
Temperatura zamarzania przy 1013 hPa –210,0°C. (za to pomiędzy podanymi temperaturami azot jest w fazie ciekłej)

Gęstość cieczy w temperatura wrzenia, ciśnienie 1013 hPa – 806 g/cm³
Gęstość gazu w 20°C, ciśnienie 1013 hPa – 1,16 g/cm³
Ciężar właściwy gazowego azotu (powietrze=1) @ 20°C, ciśnienie 1013 hPa – 0,967
Ciężar właściwy cieczowego azotu (woda=1) @ 20°C, ciśnienie 1013 hPa – 0,808
Objętość właściwa w 20°C, ciśnienie 1013 hPa – 0,861 m³/kg
Współczynnik rozszerzalności cieczy do gazu od temperatury wrzenia do 20°C – 1 do 694

Recykling kriogeniczny ciekłym azotem

Recykling kriogeniczny to innowacyjna metoda recyklingu odpadów, szczególnie tych zawierających cenne materiały, takie jak miedź i PCV. Proces ten polega na zastosowaniu wyjątkowo niskich temperatur w celu osiągnięcia kruchości materiałów, co ułatwia ich oddzielanie i odzyskiwanie.

Przykładem może być kriogeniczny recykling przewodów wykorzystujący kruszenie się izolacji wykonanej z PVC w temperaturze -40°C. Wystarczy zanurzyć przewód w ciekłym azocie na 5-10 sekund i izolację można skruszyć, a przewód miedziany nie traci swoich właściwości.

Ciekły azot i zastosowanie w przemyśle

Recykling kriogeniczny jest szczególnie przydatny w przypadku recyklingu kabli podmorskich i innych przewodów elektrycznych o dużej wartości, których okres użytkowania dobiegł końca. Metoda ta zapewnia efektywny odzysk cennych materiałów przy jednoczesnej minimalizacji odpadów.

Etapy kriogenicznego recyklingu przewodów są następujące:

Chłodzenie: Przewody poddaje się działaniu ciekłego azotu, który schładza je do bardzo niskich temperatur. Powoduje to, że materiały stają się kruche.
Rozdrabnianie: Kruche materiały rozdrabnia się mechanicznie. Ta czynność skutecznie rozkłada izolację i inne elementy na małe cząstki.
Separacja: Rozdzielenie materiałów składowych. Kruchą izolację można łatwo oddzielić od bardziej plastycznych metali, takich jak np. miedź.

Korzyści z recyklingu kriogenicznego ciekłym azotem

Efektywna separacja: Recykling kriogeniczny zapewnia wysoki stopień separacji pomiędzy materiałami, co jest szczególnie przydatne w przypadku przewodów zawierających mieszane materiały, takie jak miedź i tworzywa sztuczne.
Wpływ na środowisko: Odzysk miedzi i tworzyw sztucznych ze zużytych przewodów zmniejsza potrzebę produkcji i wydobycia surowców, co skutkuje znacznymi korzyściami dla środowiska.
Efektywność ekonomiczna: Proces może być bardziej opłacalny w porównaniu z tradycyjnymi metodami recyklingu, szczególnie w przypadku dużych ilości materiału.

Instalacja do produkcji gazowego azotu

Schemat instalacji opisałem w innej poradzie pt. „Instalacja do produkcji azotu”

Instalacja do produkcji ciekłego azotu składa się z kilku kluczowych elementów, które współpracują, aby przekształcić sprężone powietrze w ciekły azot. Oto główne komponenty takiej instalacji:

Kompresor powietrza: Spręża powietrze, które następnie jest chłodzone i oczyszczane z zanieczyszczeń. Ilość sprężonego powietrza zależy od wydajności generatora azotu i wymaganej czystości.
System oczyszczania/uzdatniania powietrza: Usuwa z powietrza wilgoć i inne zanieczyszczenia, aby zapobiec zamarzaniu i zatykaniu układu podczas skraplania. Na system składa się osuszacz chłodniczy lub adsorpcyjny, filtry, kolumna węglowa i spusty kondensatu.
Wytwornica gazowego azotu: W tej części instalacji powietrze jest rozdzielane na jego składniki, głównie tlen i azot. Azot jest wprowadzony do dalszego procesu, a zanieczyszczenia gazowe usuwane poza układ –> Zasada działania generatora

Na tym poziomie zaspokojone jest 80% zastosowań azotu, bo azot gazowy jest najpowszechniej wykorzystywany. Nawet jeżeli dostawy azotu do przedsiębiorstw są w postaci ciekłej to i tak później następuje odparowanie go do postaci gazowej.

Instalacja do produkcji ciekłego azotu

Skraplacz: To urządzenie zamienia gazowy azot w ciecz poprzez dalsze chłodzenie i sprężanie. Potrzebny jest zewnętrzny układu chłodzenia lub wyposażenie skraplacza w chiller procesowy.
Zbiorniki na ciekły azot: Przechowują gotowy ciekły azot w odpowiednich warunkach, zapobiegając jego nagrzewaniu i odparowywaniu.
System kontrolno-pomiarowy: Monitoruje i kontroluje parametry procesowe, takie jak temperatura, ciśnienie i przepływ gazów, aby zapewnić bezpieczne i efektywne działanie instalacji.

A potem wystarczy użyć odpowiedni zawór połączony z przewodem kriogenicznym i można korzystać z ciekłego azotu.

Wygląda prosto, ale proces zestrojenia wszystkich elementów systemu jest złożony. Należy uwzględnić warunki eksploatacyjne, konstrukcję wytwornicy i skraplacza, odpowiednio dobrać pojemności zbiorników buforowych. Czystość azotu też wpływa na wydajności i wielkości urządzeń.
Wszystko po to, by wykorzystanie systemu było jak najbardziej ekonomiczne.

A jeżeli chcesz o tym porozmawiać to

Jedno jest pewne. W przypadku gazowego azotu i ciekłego azotu istnieje wiele korzyści wynikających z produkcji we własnym zakresie. Przeczytaj o tym jak możesz się uniezależnić i zaoszczędzić 🙂