Генератори за кислород и азот

• За много компании непрекъснатите поръчки на кислород и азот, нарастващите разходи за доставката им и цялостната зависимост от външни източници на тези газове може да са изнервящи
  
  
• Основните технологии, на които се основават генераторите за кислород, са две – адсорбция с промяна на налягането и вакуумна адсорбция с промяна на налягането
  
  
• Аналогично на генераторите за кислород, тези за производство на азот на място също дават възможност за прецизно регулиране на качеството на газа спрямо изискванията на конкретното приложение

За много компании непрекъснатите поръчки на кислород и азот, нарастващите разходи за доставката им и цялостната зависимост от външни източници на тези газове може да са изнервящи. Решението на тези проблеми е производството на кислород и азот на място, в предприятието.

Приложения на кислорода

Кислородът поддържа живота на Земята в продължение на хилядолетия, но той е от ключово значение и за редица индустриални сектори.
Най-големият консуматор на кислород е стоманодобивът. Съвременният стоманодобив разчита в огромна степен на употребата на кислород за обогатяване на въздуха и повишаване на температурите на горене в шахтовите и мартеновите пещи, както и за замяната на кокса с други горими материали. В рамките на стоманодобивния процес излишният въглерод се свързва с кислород за получаването на въглеродни оксиди, които се отделят под формата на газове. Кислородът се използва също с цел по-добро оползотворяване на скрап в електродъгови пещи. Големи количества кислород се използват за производството и на други метали, като мед, олово и цинк.

Обогатяването на горивния въздух с кислород се прилага все по-често за вагрянки, мартенови пещи, топилни за стъкло и минерална вата и пещи за изпичане на варовик и цимент, за да се увеличи капацитетът им и да се понижат енергийните изисквания. Продължителността на топене и енергопотреблението също могат да бъдат редуцирани чрез специални горелки в електродъгови пещи за стомана и индукционни пещи за алуминий. Чрез тези горелки се постига висока топлинна ефективност, тъй като горивото и кислородът се смесват в края на устройството. В резултат протича бързо горене при близо 2800°C.

Кислородът се използва като суровина в множество окислителни процеси,включително производството на етиленов оксид, пропиленов оксид, синтетичен газ чрез частично окисление на широка гама от въглеводороди, етиленов дихлорид, водороден пероксид, азотна киселина, винилов хлорид и фталова киселина.

Огромни количества кислород се използват в газификацията на въглища – за генерирането на синтетичен газ, който може да се използва като суровина или прекурсор за по-лесни за транспортиране и използване горива.

В рафинериите кислородът се използва за обогатяване на въздуха, подаван в регенераторите за катализатори от процеса на каталитичен крекинг, което увеличава капацитета на тези съоръжения. Използва се и в инсталациите за регенериране на сяра със същата цел.

Кислородът също така намира приложение за постигането на по-пълно изгаряне и обезвреджане на опасни и отпадъчни материали в инсинератори.
В стъкларската и керамичната индустрия конвертирането на горивните системи от работа на въздух и гориво към работа на кислород и гориво (и изграждането на нови пещи и резервоари около тази технология) води до по-добро управление на топлинните изменения, по-висока ефективност на пещите (по-ниска консумация на гориво) и редуциране на емисиите на прах и азотни оксиди.

Кислородът става все по-важен избелващ агент. При производството на висококачествена целулоза лигнинът от нея трябва да бъде премахнат по време на процеса на избелване. За тази цел обикновено се използва хлор, но нови процеси, в които хлорът е заменен с кислород, редуцират замърсяването на водите. Комбинация от кислород и натриева основа може да замени хипохлорита и хлорния диоксид в процеса на избелване, което ще доведе до понижаване на разходите.

В заводите за химическа целулоза добавеният към горивния въздух кислород повишава производствения капацитет на регенеративния котел за натриева основа. Употребата на кислород в окислението на черната луга понижава отделянето на серни замърсители в атмосферата.
Кислородът се използва и в процесите на пречистване на отпадъчни води за подпомагане на растежа на микроорганизми, които разлагат органичните съединения и замърсители. Аеробните пречиствателни процеси са по-ефективни и рентабилни от традиционните методи на третиране и водят до по-добро качество на водата и по-ниски оперативни разходи.

Генератори за кислород и ползи

Основните технологии, на които се основават генераторите за кислород, са две – адсорбция с промяна на налягането (pressure swing adsorption, PSA) и вакуумна адсорбция с промяна на налягането (vacuum pressure swing adsorption, VPSA).

Въздухът в атмосферата съдържа близо 21% кислород, 78% азот и следи от други газове. Генераторите за кислород използват PSA технологията за получаване на кислород с помощта на зеолитно сито. Поток от сгъстен въздух се пропуска през съд под налягане, запълнен със зеолит. Порьозната структура на зеолита позволява на материала да улови и адсорбира по-големите азотни молекули при преминаването на въздушния поток, в резултат на което в срещуположния край на съда под налягане се отделя поток от кислород.

VPSA генераторите за кислород са проектирани за по-висок капацитет и използват нагнетателни вентилатори вместо сгъстен въздух, както и вакуумна помпа. Тези генератори функционират с по-ниско работно налягане, но при необходимост в системата могат да бъдат добавени бустери. VPSA генераторите за кислород обикновено имат много по-ниски оперативни разходи от PSA генераторите.

Генерирането на кислород на място предоставя пълен контрол върху доставката на газа. Елиминират се рисковете, свързани с нарушенията в снабдителната верига, като закъснения и увеличения на цените. Тази надеждност гарантира постоянни нива на производство и спомага за предотвратяване на оперативни престои.
Използването на генератори за кислород на място редуцира цената на газа за кубичен метър в сравнение с доставката му в цилиндри. Избягването на разходите, свързани с наем на цилиндри, тяхната доставка и манипулирането с тях, може да доведе до значителни спестявания. Според проучвания понижението на разходите за доставка на кислород може да бъде от порядъка на 70%.

Закупуването на генератор за кислород често води до бързо възвръщане на инвестицията – обикновено в рамките на две години. Това е възможно благодарение на съществените спестявания от разходите по доставка на кислород и понижените оперативни разходи.

Друго предимство на генерирането на кислород на място е възможността да се регулират нивата на чистота на газа в зависимост от специфичните потребности. Независимо дали е необходим кислород с чистота от лабораторен клас или такъв с по-ниска чистота за индустриална употреба, опцията за регулиране на този параметър гарантира оптимална ефективност и рентабилност.

Генераторите за производство на кислород на място редуцират рисковете, свързани с работата с цилиндри под високо налягане. Тъй като кислородът се генерира при ниски налягания, потенциалните опасности от взривяване на цилиндри и възникването на инциденти при манипулиране с тях са сведени до минимум.

Индустриални приложения на азота

Азотът е инертен газ, подходящ за широка гама от индустриални приложения – от опаковането на хранителни продукти до производството на лекарства.
Разпространена практика за компаниите в хранително-вкусовия сектор е използването на сгъстен азот за изместване на кислорода в опаковките на нетрайни храни. Без кислород срокът на годност на храни като меса, плодове, зеленчуци и др. може да бъде удължен.
Обикновено азот се използва за предотвратяване на пожари и взривове в опасни атмосфери, например в химически заводи, чрез понижаване на концентрацията на кислород под границите на взривяемост.

В електронната индустрия азотът се използва за намаляване на повърхностното напрежение при спояване на два електронни компонента. Газът намира приложение и в процесорните системи на компютрите, предотвратявайки прегряването им.

Лабораториите изискват много специфична среда, за да се гарантира, че тестовете и резултатите са точни. Азотът се използва за контролиране на концентрацията на кислород, влажността и температурата, поддържайки подходяща атмосфера за протичането на чувствителни на условията процеси и оборудване. В допълнение, азотът се използва и за прочистване на различни видове апаратура.

Приложението на азота като прочистващ газ в стоманодобива е изключително важно. Той се използва за издухване на стопен материал и за получаване на неръждаема или алитирана стомана с по-висока якост и по-висока корозионна устойчивост.

Предимства на генерирането на азот на място

Системите за генериране на азот на производствената площадка, които също функционират на основата на PSA технологията, са оперативно по-ефективни в сравнение с доставката на азот, тъй като се предоставя непосредствен достъп до газа, елиминирайки времената на изчакване и физическите натоварвания в резултат на манипулирането с тежки цилиндри.

Аналогично на генераторите за кислород, тези за производство на азот на място също дават възможност за прецизно регулиране на качеството на газа спрямо изискванията на конкретното приложение. Тази гъвкавост означава, че може да се получи азот с висока чистота за чувствителни приложения, например в електронната индустрия, или да се избере умерена чистота за приложения като опаковането на храни.

Друго голямо преимущество е, че системите за генериране на азот на място са мащабируеми – с повишаване на потребностите техният капаците може лесно да бъде увеличен чрез добавянето на допълнителни групи. Тази адаптируемост гарантира, че снабдяването на азот ще се увеличава с разрастването на бизнес потребностите.
Изборът на генератор за азот е и стъпка към по-устойчиви оперативни практики. Напредъкът в технологията значително подобрява енергийната ефективност на азотните генератори, разбивайки общоприетото погрешно разбиране, че те са енергоемки. Тези подобрения означават, че дългосрочните енергийни спестявания могат да надхвърлят първоначалните разходи, което превръща закупуването на генератор за азот в екологично и финансово разумна инвестиция.

Нещо повече, чрез внедряването на азотен генератор на производствената площадка се елиминира необходимостта от транспортиране на цилиндри с азот, което намалява въглеродния отпечатък, свързан със снабдяването с азот, и редуцира количеството на отпадъците от опаковки.
Генерирането на азот на място предоставя и значителна възможност за спестяване на пространство, тъй като системите за азот заемат много по-малко място, отколкото е необходимо за съхранението на множество цилиндри.