Получение азота. Генератор азота, азотная установка адсорбционного типа

ОАО «Опытно-технологический завод» предлагает своим клиентам генераторы азота собственного производства. В наших аппаратах используются самые продуктивные и безопасные технологии.

Генератор азота - устройство, которое обеспечивает селективное поглощение кислорода из поступающего воздуха адсорбентом. Технология, которая применяется в данном типе устройств, называется методом короткоцикловой безнагревной адсорбции (КБА, PSA-англ.).

Перечень контролируемых параметров генератора (опционально):

• Контроль концентрации газа газоанализатором.
• Автоматическая блокировка по превышению остаточной концентрации кислорода в азоте.
• Автоматическое включение и выключение генератора в зависимости от давления газа в накопительном ресивере.
• Контроль давления сжатого воздуха на входе, давления управляющего воздуха, давление азота в адсорберах, а так же давление в азотном ресивере.
• Возможность регулировки давления управляющего воздуха и давления азота на выходе генератора.

Общие принципы работы генератора азота

Данный агрегат состоит из следующих компонентов:

• два адсорбера;
• азотный ресивер;
• электронный блок управления;
• комплект управляемых клапанов и трубопроводов;
• комплект манометров;
• газоанализатор (опция);
• блок блокировки по концентрации с трехходовым клапаном (опция);
• блок автоматизации по давлению (опция);
• датчик расхода азота (опция).

Работа генератора основывается на технологии короткоцикловой безнагревной адсорбции. При этом азот выделяется из воздуха с помощью адсорбента, синтетического молекулярного сита (CMS – англ.). Весь процесс проходит при комнатной температуре, в отличие от криогенного метода газоразделения. С ростом давления в адсорбере происходит продуцирование азота, с падением – регенерация адсорбента – очистка от накопленного кислорода. Цикл адсорбции-регенерации занимает промежуток времени от 40 до 60 секунд, поэтому такой метод и называется Короткоцикловая Безнагревная Адсорбция.

Использование двух адсорберов и азотного ресивера позволяет подавать потребителю стабильный поток продуктового газа. Пока первый адсорбер продуцирует азот и подает его в ресивер, второй – регенерирует. Азотный ресивер при этом сглаживает пульсации. Давление азота на выходе регулируется с помощью редуктора. Таким образом, на выходе генератора получаем равномерный поток продуктового газа стабильного давления.

Ключевая особенность такой технологии - быстрый выход на режим (15 минут), быстрая и легкая остановка генератора (2-3 минуты), автономный режим работы. Система может использоваться с любой заданной периодичностью, нет необходимости постоянной безостановочной работы, как в криогенных системах. При включенной блокировке по концентрации система сама определяет остаточное содержание кислорода в продуктовом газе. При превышениях остаточной концентрации кислорода система начинает стравливать некондиционный азот в атмосферу до тех пор, пока остаточное содержание кислорода в азоте не вернется в норму. При этом подача газа потребителю возобновится автоматически. Также возможна установка системы автоматизации по давлению. В этом случае на дополнительный накопительный азотный ресивер устанавливается электроконтактный манометр. Сигналы с манометра включают генератор азота при достижении минимального давления в системе, а также выключают аппарат при достижении давления в системе максимального значения.

Генераторы от компании ОАО «Опытно-технологический завод» отличает возможность установки дополнительного оборудования, которое поможет потребителю облегчить работу обслуживающего персонала, а также оптимизировать затраты, в том числе и на электроэнергию.

Азот — инертный газ, использующийся во многих технологических циклах, например, для питания хроматографов. Использование газа в баллонах высокого давления сопряжено со многими трудностями и приводит к большим расходам. Генератор азота позволяет исследователю получать нужное количество вещества и полностью контролировать весь процесс. В этой статье будут разобраны особенности использования оборудования, а также:

Принцип работы генератора азота

В промышленных условиях данный газ можно получить тремя способами:

• Фракционная дистилляция сжиженного воздуха.
• Химическая реакция с углем.
• Выделение адсорбционным методом.

Но только последний способ позволяет получать большие объемы вещества и подавать его под нужным давлением. Работа генераторов азота основана именно на этой технологии. В воздухе содержится около 78% инертного газа, и его выделение из атмосферы — экономичное и практичное решение. В генераторе воздух проходит через адсорбент, удерживающий молекулы кислорода, и пропускающий азот. Газы разделяются и могут использоваться в промышленных целях.

Схема устройства генератора азота

Конструкция оборудования, его технические параметры и эксплуатационные возможности определяются производителем и видом модели. Например, генератор азота, купить который предлагает НПФ «Мета-хром» , производит до 18 литров газа в час при его чистоте не менее 99,999%, что является очень высоким показателем.

Прибор состоит из:

• Компрессора.
• Газоразделяющей установки.

В задачи первого блока входит сжатие подаваемого воздуха до нужных значений (не менее 6 атм.) и его предварительная очистка. Перед газоразделителем поток проходит через фильтр, улавливающий частицы воды и масла. Сам генератор азота представляет собой модульную систему из алюминиевых колонн с углеродными молекулярными ситами.

Сначала разделение идет в первом модуле: сито удерживает углекислый газ и кислород, а азот подается в резервуар. Затем колонка очищается от накопленных веществ, в то время как адсорбция протекает во втором модуле. Так обеспечивается непрерывность технологического процесса.

Все режимы работы отражаются на дисплее установки, оператор полностью контролирует выработку инертного газа, его давление, подачу.

Описание рабочего процесса

Генератор азота, цена которого вполне доступна для многих предприятий и лабораторий, дает большое преимущество — стоимость технологических процессов снижается за счет отказа от закупок сжатого газа. Но для достижения экономической выгоды важно, чтобы оборудование работало в нужном режиме: производило достаточное количество вещества определенной чистоты, не требовало сложного подключения или обслуживания, было безопасным и долговечным. Рабочий процесс устройства, соответствующего этим критериям, выглядит следующим образом:

• В течение первых 8-10 минут после включения происходит очистка ресивера, адсорберов, соединяющих труб от инородных примесей.
• Запуск и подготовка датчиков, отслеживающих концентрацию кислорода и углекислого газа в готовом продукте не должна превышать 0,001% согласно ГОСТу.
• Когда достигнуты нужные показатели чистоты, генератор азота подает вещество в линию потребителя (например, для питания хроматографической установки).
• Дальнейшая работа устройства направлена на одновременное удовлетворение нескольких целей. Поддерживается стабильное давление подачи очищенного азота в потребительский канал, происходит дальнейшее газоразделение и контролируется концентрация О 2 .

Преимущества современных генераторов азота

При выборе оборудования потребитель учитывает его мощность, степень очистки газа, максимальную производительность генератора азота, цена установки которого также зависит от дополнительных особенностей конструкции и ее ключевых преимуществ:

• Максимальная экономическая эффективность. Высокая степень очистки должна достигаться при небольших затратах электроэнергии, это обеспечит низкую себестоимость газа.
• Продуманный рабочий процесс. Большинство технологических циклов нуждаются в непрерывной подаче инертного вещества, и установка должна обеспечивать это условие. При этом оборудование не должно допускать снижение качества газоразделения или требовать длительных периодов простоя (например, для очистки сит и фильтров).
• Работа с любым источником сжатого воздуха. Это повышает продуктивность использования устройства за счет снижения затрат на обслуживание и подключение агрегата.
• Быстрая и простая пусконаладка. Недорогой монтаж также является важным фактором при выборе подходящего оборудования.

Качество газа и области применения установки

Многие промышленные предприятия и лаборатории решают купить генератор азота не только для хроматографических исследований. Газ используется в качестве носителя или для создания инертной среды при выполнении многих операций и на производстве. Например, его используют при:

• Лазерной резке;
• Термической обработке металлоизделий.
• Пайке электрических схем.
• Производстве и упаковке пищевой продукции.
• Бутилировании спиртных напитков.
• Поддержании работы автоклав.
• Создании химических и газовых подушек.
• Проведении различных испытаний под давлением и так далее.

При этом каждый процесс нуждается в определенной чистоте азота. Современные генераторы практически полностью удаляют примеси О 2 , СО 2 , паров воды, обеспечивая стабильно высокое качество газоразделения. Поэтому установки могут применяться в любой отрасли промышленности.

Компактность устройства, его простая пусконаладка, высокая производительность, отсутствие сложного или дорогостоящего обслуживания — ключевые преимущества современных моделей. Это надежный выбор и продуманное решение для каждой компании.

Для производства азота из атмосферного воздуха используют азотные установки, благодаря которым получают концентрацию азота в продуктовом газе до 99,999%, которая может регулироваться без конструктивных изменений азотной установки, посредством изменений производительности. В основе азотной установки – генератор азота.

Генератор азота работает по принципу селективного поглощения адсорбентом кислорода из поступающего воздуха методом безнагревной короткоцикловой адсорбции. В качестве адсорбента выступает углеродное молекулярное сито. При такой технологии, на стадии адсорбции, когда разделяется воздух, давление более высокое, чем на стадии регенерации адсорбента. При этом, на обеих стадиях температура процесса такая же, как и температура окружающей среды.

Генератор азота включает в себя два адсорбера, азотный ресивер, а также комплект управляющего оборудования. Через систему фильтров из накопительного ресивера сжатый воздух проходит в первый адсорбер. Кислород задерживается адсорбентом, в то время как чистый азот пропускается в направлении к азотному ресиверу. Спустя определенный промежуток времени, в первом адсорбере адсорбент становится предельно насыщенным и происходит перезапуск, при котором газовые потоки переключаются клапанами: воздух, поступающий проходит во второй адсорбер, в котором продолжается разделение воздуха и производство азота; в первом же адсорбере сбрасывается давление, начиная регенерацию, то есть очищает адсорбент от накопившегося кислорода.

Генератор азота имеет следующие характеристики:

Производительность – это объем продукционного газа, который генератор азота вырабатывает за единицу времени (кубометры в час).

Концентрация – объемная доля азота в продукционном газе, зависящая от производительности. С уменьшением производительности для азотных генераторов концентрация азота может достигать 99,999%.

Степень извлечения – это выраженное в процентах отношение производительности по продукционному газу к расходу воздуха. Поскольку в работе любого генератора степень извлечения находится в зависимости от концентрации газа продукционного, то все расчеты проводятся при конкретной, заданной концентрации, которую принято называть пороговой. Что касается азотного генератора, то при пороговой концентрации 99,9%, колебание степени извлечения будет от 30 до 38%.

Давление продукционного газа – это создаваемое продукционным газом давление в накопителе. Это давление обычно на 0,05-0,2 мПа ниже, чем давление питающего воздуха. Оптимальным давлением питающего воздуха для азотного генератора является 0,8-1,3 мПа.

Рабочее давление

Давление на выходе зависит от давления на входе в азотную установку и ограничено 8-9 атмосферами. Разница давлений воздуха и азота примерно составляет 1 бар, более высокое давление азота достигается при помощи азотного бустера (дожимной компрессор азотный).

Модульная азотная станция на базе адсорбционного генератора азота

PSA генератор азота может быть установлен в блок-контейнер. Обычно такой вариант исполнения применяется в случае отсутствия помещения и необходимости обеспечения мобильности установки.

Принцип работы адсорбционного генератора азота

Принцип производства азота основан на способности молекулярного сита, при избыточном давлении, поглощать молекулы кислорода из проходящего через слой адсорбента воздуха. При сбросе давления в одной из колонн азотной установки, происходит процесс регенерация молекулярного сита, в это время во второй колонне происходит поглощения кислорода. Наличие в генераторе азота двух попеременно циклично работающих колонн, позволяет сделать процесс производства азота непрерывным.

Цикличность работы колонн генератора азота обеспечивается соответствующими клапанами, открывающимися/закрывающимися в запрограммированном заранее режиме. Для управления работой клапанов генератора азота нами используются программируемые контроллеры (PLC) фирм Mitsubishi или Siemens, в качестве запорной арматуры в генераторах азота мы устанавливаем японские клапаны фирм SMC и CKD.

Безопасность использования генераторов азота заключена в отсутствии необходимости создания чрезмерного избыточного давления, т.к. оптимальный диапазон давления воздуха для адсорбции кислорода 7 - 9 бар. Также PSA технология не предусматривает сжижения воздуха для разделения его на азот и кислород.

Срок службы генератора

Срок службы генератора азота напрямую зависит от качества используемого Вами сжатого воздуха и может неоднократно продлеваться за счет замены молекулярного сита и других комплектующих азотной установки. Ниже приведены расчетные сроки службы деталей и частей генератора азота:

Электромагнитные клапаны 1 млрд. циклов

Уплотнения пневмоклапанов 2 млн. циклов

Программируемый котроллер 100 тыс. часов

Молекулярное сито 8-10 лет.

Стоимость производства азота зависит от необходимой Вам чистоты и напрямую зависит от затрат на сжатый воздух, т.к. сам генератор азота потребляет крайне мало электроэнергии - не более 0.2 кВт/ч. Потребление сжатого воздуха нашим генератором азота, при соответствующей его чистоте:

95% 99% 99.5% 99.9% 99.99% 99.999%

2:1 2.7:1 3:1 3.2:1 4.7:1 7.2:1.

Т.е., например, для генератора азота производительностью 100 Нм3/ч, с чистотой 99.5% в составе азотной установки необходимо будет использовать 8-ми барный компрессор с производительностью 300 Нм3/ч.

Нашими конкурентными преимуществами являются:

Высочайшее качество и надежность производимых CAN GAS генераторов азота, подтверждаемое выбором более 1000 клиентов по всему миру с 1998 года.

Конкурентоспособные цены, сервисная поддержка на протяжении всего срока службы азотной установки.

Останавливая свой выбор на генераторах азота CAN GAS,Вы выбираете качество и надёжность - наша команда специалистов реализовала более 2000 проектов. Присоединяйтесь к нам! Для точного расчёта цены на азотную установку предлагаем Вам заполнить анкету .