Для чего нужны азотные генераторы. Адсорбционные генераторы азота

Применяемая технология

Генератор извлекает азот, имеющийся в окружающем воздухе и из других газов, применяя технологию адсорбции с колебаниями давления. Во время процесса адсорбции с колебаниями давления сжатый чистый окружающий воздух подводится к молекулярному ситу, которое позволяет азоту пройти внутрь как получаемый газ, но адсорибрует другие газы. Сито пропускает адсорбированные газы в атмосферу, когда выходной клапан закрыт, а давление фильтрации возвращается к давлению окружающей среды. Затем фильтрующий слой прочищается азотом перед тем, как вводить свежий сжатый воздух для нового цикла производства. Для того, чтобы гарантировать постоянный поток продукта, генераторы азота используют два молекулярных фильтрующих слоя, которые подключаются альтернативно между адсорбционными и регенерирующими фазами. При нормальных рабочих условиях и при правильном обслуживании молекулярные фильтрующие слои имеют почти бессрочный срок службы. Технология адсорбции с колебаниями давления имеет несколько международных патентов и соответствие стандартам рынка по исполнению и эффективности.

Компоновка оборудования

Для того, чтобы генератор азота работал автоматически, необходимы следующие составные компоненты:

Подача сжатого воздуха

Подача определенного количества сжатого воздуха и определенного качества, описанного в разделе предложении. Минимальное количество свободной подачи сжатого воздуха в м 3 /мин при 20°С равно среднему потреблению воздуха генератором азота в Нм 3 /мин, увеличенному на соответствующий процент для компенсации влияния окружающего воздуха и допусков на исполнение воздушного компрессора при расчетных условиях. Система сжатия воздуха будет включена в объем поставки, который будет состоять из воздушного компрессора и рефрижераторной сушилки воздуха.

Воздушные фильтры

Комплект фильтров грубой и высокой степени очистки и активированный угольный фильтр всегда включены в объем поставки. Воздушные фильтры необходимо устанавливать между системой подачи сжатого воздуха и воздушным ресивером, чтобы убедиться, что генератор азота будет получать необходимое минимальное количество.

Воздушный ресивер

Воздушный ресивер устанавливается между воздушными фильтрами и азотным генератором. Принципиальная задача воздушного ресивера - это гарантия подачи достаточного количества свежего воздуха на только что восстановленный фильтрующий слой генератора азота за короткий промежуток времени. Если система сжатого воздуха включена в объем поставки, размеры объема воздушного ресивера будут меняться до удовлетворительных для процесса и сжатия воздуха (макс. нагрузка / циклы без нагрузки).

Ресивер азота

Поток продукции генератора азота собирается в одном ресивере азота. Ресивер азота необходимо установить в непосредственной близости от генератора азота. Наличие ресивера азота гарантирует достаточное противодавление для процесса и постоянного потока азота к конечному заказчику. Если специально не указано, объем ресивера азота рассчитывается на основе предположения о постоянной динамике потребления применением Заказчика в течение продолжительного времени.

Преимущества:

Безопасность

Низкие рабочие давления, безопасное хранение. Нет необходимости в тяжелых газовых баллонах высокого давления. От опасного хранения жидкого азота можно отказаться.

Экономность

Нет расходов на распределение и обработку. Получение азота на месте (пром.площадке) генераторами азота экономит расходы на обработку и хранение в газовых баллонах высокого давления и предотвращает расходы на аренду, транспортировку и потери на испарение у пользователей.

Низкие эксплуатационные расходы.

Предлагаемый процесс имеет более эффективное разделение чем другие системы на рынке. Благодаря этому потребность в подаче воздуха падает, то есть 10 - 25% экономии энергии по сравнению со сравнимыми системами. Благодаря уменьшению вращающихся частей до минимума и использованию высококачественных элементов расходы на обслуживание остаются на низком уровне в течение всего срока службы генератора.

Удобство

Простота установки и обслуживания. У генераторов азота вход воздуха и выход азота находятся на одной стороне. Это означает простую установку, даже при малых углах цеха. Высокая надежность благодаря уменьшенному количеству вращающихся частей и высококачественных компонентов.

Гарантированное качество азота

Отсутствие риска недостаточной чистоты азота, автоматическое возобновление процесса. Генераторы азота обладают уникальной системой контроля: в случае если чистота азота не совпадает с указанным значением, ПЛК автоматически закрывает поток производства азота к выходу применения заказчика и открывают сбросной клапан некондиционного азота. Система будет пробовать запустить процесс, и когда чистота азота достигнет необходимого результата, сбросной клапан закроется, а клапан получения азота снова откроется. Полностью автоматическая и не сопровождаемая оператором процедура, ручной повторный запуск не требуется.

Проектные условия

Производительность	1000 нм³/ч (2 x 500 нм³/ч)
Содержание остаточного кислорода и производимом газе	£0,1% об.
Давление подачи продукта	5,5 бар изб.
Точка росы продукта	£-40 °С при 1 атм.
Расход воздуха на входе	4392,0 нм³/ч (2 x 2196.0 нм³/ч)
Макс. уровень шума	85 дБ (А) на расстоянии 1 метр
Планируемые условия окружающей среды
Барометрическое давление	1013,25 мбар а
Высота расположения	0 м над уровнем моря
Температура воздуха	20 °С
Относительная влажность	65%
Потребление воздуха на входе
Давление
Температура
Групповой состав углеводородов	<6,25 мг/м³ или 5 ppmV
Частицы	<5 мг/м³ при макс. 3 мкм
Точка росы	£+3 °С при 7 бар изб.
Условия на площадке
Система электроснабжения	400 / 230 В переменный ток, 50 Гц
Классификация зоны	неклассифицированная зона / безопасная зона
размещение	в помещении с хорошей вентиляцией

Данные приведены для идеального режима работы, допуск ±5%

Размеры, вес

Параметры энергопотребления

Допуск на все указанные значения: ± 10%

Объем поставки

4 воздушных компрессора

ротационный винтовой компрессор с впрыском масла

4 воздухоосушилки

рефрижераторный воздухоосушитель

2 воздушных ресивера

вертикальная емкость высокого давления из углеродистой стали
объем: 3000 л

фильтры сжатого воздуха

Два комплекта внешних фильтров сжатого воздуха, устанавливаются перед воздушным ресивером, комплект состоит из следующих фильтров:

один коалесцирующий фильтр первичной очистки (эффективность 99,9999%, 1,0 µ - ≤ 0,5 мг/м³) с устройством для слива конденсата поплавкового типа;
один коалесцирующий фильтр тонкой очистки (эффективность 99,9999%, 0,01 µ - ≤ 0,1 мг/м³) с устройством для слива конденсата поплавкового типа;
один активированный угольный фильтр (остаточное масло ≤ 0,005 мг/м³).

два генератора азота

Два азотных генератора, полностью предварительно смонтированы, с установленными проводами на покрашенной раме из углеродистой стали, каждый оснащен следующими компонентами:

6 адсорбционных башен, каждая наполнена углеродным молекулярным ситом. Углеродное молекулярное сито будет производства США, Европы или Японии. Изготовленные в Китае или Индии сита не применяются;
Глушитель отработанного газа, установлен для приглушения отходящего газа до расчетного уровня шума;
Комплект электро-пневматических технологических клапанов и дросселей, вкл. соленоидные клапаны;
1 некондиционный продувочный трубопровод для азота с регулирующим клапаном соленоидного управления;
Комплект предохранительных клапанов, настроенных на соответствующий уровень давления;
Все трубопроводы и электрокабели для соединения;
Локальные датчики давления;
Одна (1) система контроля для полностью автоматической работы генератора, с полной внутренней проводной обводкой и состоящая из следующих позиций:
- Один ПЛК (Rockwell / Allen Bradley Micro 850 ПЛК) с соединением Ethernet / IP для коммуникации с удаленной системой управления заказчика;
- Один сенсорный графический интерфейс пользователя (Rockwell / Allen Bradley С400), отображающий значения реального времени релевантных параметров и возможные аварийные сообщения для прямой диагностики;
- Все трубопроводы, клапана, контрольно-измерительные приборы и система управления «под ключ», монтированные на раме из углеродистой стали;
- Один (1) автономный анализатор остаточного азота с датчиком из диоксида циркония;
- Один автономный электронный расходомер продукта.

два (2) ресивера азота

вертикальная емкость высокого давления из углеродистой стали;
предохранительные клапаны, установленные на соответствующий уровень давления
объем: 3000 л
макс рабочее давление: 11,0 бар изб

Применяемые стандарты

Директива 2009/105/EC для простых сосудов под давлением
Европейская Директива 97/23/ЕС,EN 13445, EN 13480 по оборудованию, работающему под давлением
Директива 2004/108/EC по электромагнитной совместимости
Директива ЕС 2006/95/EC по низковольтному электрооборудованию
Директива о машинном оборудовании 2006/42/EC

Примечание

При требуемой производительности невозможно модульное исполнение.

Генераторы азота — промышленное оборудование компактных размеров, предназначенное для образования из атмосферного воздуха концентрированного высокопроцентного азота с частотой до 99, 9999%. Функционирование устройства предусматривает селективное впитывание фильтрующим материалом кислорода из проникающего воздуха за счет короткоцикловой адсорбции без нагрева. Агрегат имеет 2 адсорбера, азотный ресивер и специальные приспособления для управления.

Через фильтр из ресивера для накопления сжатая воздушная масса поступает в 1-й адсорбер. Кислород остается в адсорбенте, а чистый азот транспортируется к ресиверу азотного типа. Работает генератор короткими циклами, длительностью по 60 секунд. Цикличность объясняется тем, что материал является фильтром и ежеминутно осуществляется смена колонн, которые задействуются для прохождения подготовленная воздушная масса. Периодичность циклов (может меняться) зависит от технических особенностей и нужной концентрации. При его функционировании не требуется использовать расходники, а только следует позаботиться об оптимальных эксплуатационных условиях, которые предусматривают температуру воздуха не ниже +5 °C и не выше +40 °C.

Особенности работы генератора

Адсорбционное деление воздуха является повторяющимся процессом. Восстановление высокодисперсного материала осуществляется благодаря уменьшению общего давления. Такое действие считается короткоцикловым поглощением. Метод образования азота базируется на явлениях физического характера:

дсорбции;
диффузии.

В виде поглотителя генератора задействуется вещество с твердой структурой и большим количеством пор. Оно предрасположено к впитыванию молекул газов. Отдельно взятый газ обладает определенными физическими свойствами и отличается способностью адсорбционной величиной. Для данных веществ предназначен конкретный материал с хорошими поглощающими способностям. Что касается азота, то для его получения идеально подходят молекулярные сита синтетически-углеродного типа.

Принцип работы генератора азота базируется на методе адсорбции под давлением.

Колонны наполняются поглотителем в виде углеродных молекулярных сит. На начальном этапе наблюдается сжатие воздуха с использованием компрессора.
Затем сжатая воздушная масса направляется в ресивер и очищается за счет фильтров.
Чистый воздух, лишенный загрязнений и различных веществ поступает вниз колон и пропускается через адсорбер. Это необходимо чтобы происходил процесс адсорбирования кислорода с целью прохождения азота.
В результате колонна генератора в автоматическом режиме входит в стадию восстановления, отбирая грязь из сита.
Молекулярное сито углеродного типа дает возможность небольшим молекулам просачиваться в поры и отсоединяться от молекул азота, отличающиеся большими размерами.
При завершении деления, газ продукционного типа движется в ресивер для дальнейшего использованию по назначению.

Применяемая технология

Компоновка оборудования

Для того, чтобы генератор азота работал автоматически, необходимы следующие составные компоненты:

Подача сжатого воздуха

Воздушные фильтры

Воздушный ресивер

Ресивер азота

Преимущества:

Безопасность

Экономность

Низкие эксплуатационные расходы.

Удобство

Гарантированное качество азота

Проектные условия

Производительность	1000 нм³/ч (2 x 500 нм³/ч)
Содержание остаточного кислорода и производимом газе	£0,1% об.
Давление подачи продукта	5,5 бар изб.
Точка росы продукта	£-40 °С при 1 атм.
Расход воздуха на входе	4392,0 нм³/ч (2 x 2196.0 нм³/ч)
Макс. уровень шума	85 дБ (А) на расстоянии 1 метр
Планируемые условия окружающей среды
Барометрическое давление	1013,25 мбар а
Высота расположения	0 м над уровнем моря
Температура воздуха	20 °С
Относительная влажность	65%
Потребление воздуха на входе
Давление
Температура
Групповой состав углеводородов	<6,25 мг/м³ или 5 ppmV
Частицы	<5 мг/м³ при макс. 3 мкм
Точка росы	£+3 °С при 7 бар изб.
Условия на площадке
Система электроснабжения	400 / 230 В переменный ток, 50 Гц
Классификация зоны	неклассифицированная зона / безопасная зона
размещение	в помещении с хорошей вентиляцией

Данные приведены для идеального режима работы, допуск ±5%

Размеры, вес

Параметры энергопотребления

Допуск на все указанные значения: ± 10%

Объем поставки

4 воздушных компрессора

ротационный винтовой компрессор с впрыском масла

4 воздухоосушилки

рефрижераторный воздухоосушитель

2 воздушных ресивера

вертикальная емкость высокого давления из углеродистой стали
объем: 3000 л

фильтры сжатого воздуха

один коалесцирующий фильтр первичной очистки (эффективность 99,9999%, 1,0 µ - ≤ 0,5 мг/м³) с устройством для слива конденсата поплавкового типа;
один коалесцирующий фильтр тонкой очистки (эффективность 99,9999%, 0,01 µ - ≤ 0,1 мг/м³) с устройством для слива конденсата поплавкового типа;
один активированный угольный фильтр (остаточное масло ≤ 0,005 мг/м³).

два генератора азота

6 адсорбционных башен, каждая наполнена углеродным молекулярным ситом. Углеродное молекулярное сито будет производства США, Европы или Японии. Изготовленные в Китае или Индии сита не применяются;
Глушитель отработанного газа, установлен для приглушения отходящего газа до расчетного уровня шума;
Комплект электро-пневматических технологических клапанов и дросселей, вкл. соленоидные клапаны;
1 некондиционный продувочный трубопровод для азота с регулирующим клапаном соленоидного управления;
Комплект предохранительных клапанов, настроенных на соответствующий уровень давления;
Все трубопроводы и электрокабели для соединения;
Локальные датчики давления;
Одна (1) система контроля для полностью автоматической работы генератора, с полной внутренней проводной обводкой и состоящая из следующих позиций:
- Один ПЛК (Rockwell / Allen Bradley Micro 850 ПЛК) с соединением Ethernet / IP для коммуникации с удаленной системой управления заказчика;
- Один сенсорный графический интерфейс пользователя (Rockwell / Allen Bradley С400), отображающий значения реального времени релевантных параметров и возможные аварийные сообщения для прямой диагностики;
- Все трубопроводы, клапана, контрольно-измерительные приборы и система управления «под ключ», монтированные на раме из углеродистой стали;
- Один (1) автономный анализатор остаточного азота с датчиком из диоксида циркония;
- Один автономный электронный расходомер продукта.

два (2) ресивера азота

вертикальная емкость высокого давления из углеродистой стали;
предохранительные клапаны, установленные на соответствующий уровень давления
объем: 3000 л
макс рабочее давление: 11,0 бар изб

Применяемые стандарты

Директива 2009/105/EC для простых сосудов под давлением
Европейская Директива 97/23/ЕС,EN 13445, EN 13480 по оборудованию, работающему под давлением
Директива 2004/108/EC по электромагнитной совместимости
Директива ЕС 2006/95/EC по низковольтному электрооборудованию
Директива о машинном оборудовании 2006/42/EC

Примечание

При требуемой производительности невозможно модульное исполнение.

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.