Egenproduktion af Nitrogen

OM NITROGEN

Nitrogen findes både i gasform og i væskeform.

Nitrogen er også kendt som kvælstof og betegnelsen er N2.

Nitrogen indgår som en naturlig del af den omgivende luft og er faktisk hovedbestanddelen heri. Den luft vi alle indånder og omgives af indeholder ca. 78% Nitrogen, 21% Oxygen og 1% Argon og andre gasser.

I gasform er nitrogen en inert gas (farveløs, smagsløs og lugtfri), og den er ikke farlig som sådan at anvende. Men hvis man befinder sig i et område/rum med høj koncentration af nitrogen, kan man risikere at dø af iltmangel (oxygenmangel).I væskeform kaldes det for flydende nitrogen og betegnes som LN2 eller LIN.

I væskeform er temperaturen på nitrogenet 77 Kelvin (-196 C) og er en kryogen væske, som kan forårsage omgående frysning ved kontakt med levende materiale.

Derfor er flydende nitrogen ideel til frysning af fødevarer, metaller og meget andet.

Da flydende nitrogen har en lav massefylde (sammenlignet med gasformen), er det meget anvendeligt til store forbrugere af gasformig nitrogen.

Herved bliver den leveret i væskeform og via en veksler omdannes det til gas ved stort flow og højt tryk.

HVAD ANVENDES NITROGEN TIL?

Nitrogen anvendes som nævnt hvor oxygen er uønsket. Den rene nitrogen anvendes ved forskellige tryk og mængder.

I gasform anvendes nitrogen bl.a. til:

Pakning af tørfoder (herunder kaffe, nødder m.m.)
Opbevaring af frugt, grøntsager, madolie, fiskeolie, kød, øl, vin og meget andet
Lodning af print indenfor elektronikindustrien
Laserskæring
Støbning og hærdning af forskellige metaller
Kemisk og medicinal industri
Støbning af plast
Eksplosionssikring af tanke m.m. on-shore, offshore og i skibsindustrien
Hindring af tæringer i tanke m.m.
Pumpning af bil og lastbildæk (så trykket holdes længere)

I flydende form anvendes nitrogen bl.a. til:

Frysning af fødevarer
Frysning af blod, celleprøver m.m.
Frysning af metaller
og meget andet

RENHED

Til en lang række processer ønskes oxygenindholdet reduceret. Denne reduktion betegnes enten som restindhold af Oxygen eller som renhedsgraden af nitrogen.

Sammenligning af renhedsbetegnelser

EGENPRODUKTION AF GASFORMIG NITROGEN

For at egenproducere gasformig nitrogen benyttes to teknologier – Membran og PSA (pressure swing adsorption).

Membranteknologien er meget udbredt til små forbrugere, og hvor renheden ligger mellem 95-99%. Desuden udmærker membranteknologien sig til meget store anlæg offshore grundet deres opbygning. Membranteknologien har generelt et lidt højere energiforbrug end PSA og levetiden på selve membranen er alt efter driftsforholdende op til 10 år eller 30.000 driftstimer.

Den bedste løsning og mest holdbare løsning er brug af nitrogengeneratorer af PSA-typen (pressure swing adsorption) med integreret oxygenanalysator. PSA er mere holdbar, ren og energieffektiv fremfor membranløsninger, specielt ved høje renhedsgrader fra ca. 98-99,9999%.

Prismæssigt var membrangeneratorerne tidligere noget billigere end PSA, men idag er PSA-generatoren ofte billigere end membranløsninger.

HVORDAN PRODUCERES NITROGEN – PSA?

Nitrogenet produceres ved at et trykluftanlæg producere en vis mængde trykluft af en kvalitet på minimum klasse 2-4-1 i henhold til ISO8573-1.

Dette betyder reelt, at trykluftanlægget skal bestå af en kompressor, forfilter, mikrofilter, aktiv kulfilter og en trykluftbeholder.

Herefter ledes trykluften over i PSA-generatoren.

PSA-generatorer fungerer mere eller mindre som en adsorptionstørrer som fjerner fugt fra trykluftsystemer.

Generatoren består af 2 tårne/kolonner med en fyldning af CMS (carbon molekular sieve), som er et tørremiddel, der fjerner oxygenmolekyler. CMS’en skal alt efter belastning og trykluftens renhed skiftes hvert 5-10 år. De to tårne/kolonner skiftes til at fjerne oxygenet, og i mellemtiden bliver det andet tårn regenereret.

PSA-generatoren er indstillet til en vis mængde nitrogenflow, trykluftflow, tryk og tidsinterval og leverer ud fra dette den korrekte nitrogen ud til forbrugeren.Nogle PSA-generatorer leveres uden oxygenanalysator, og herved er det langt fra sikkert, hvilken kvalitet/renhed nitrogenet har.Andre PSA-generatorer har indbygget oxygenanalysator til overvågning af kvaliteten/renheden.

Herved kan der gives en alarm som forbrugeren så kan tage aktion på. Dette kan dog være et problem hvis forbrugsstedet overhovedet ikke må “forurenes” med en kvalitet/renhed af nitrogenet som ikke lever op til kravene.PSA-generatorer fra Isolcell har indbygget oxygenanalysator som ikke blot overvåger kvaliteten/renheden, men også forhindrer at nitrogenet sendes videre ud i systemet hvis ikke kvaliteten er god nok.

Dette er langt det sikreste kvalitetsmæssigt.Oxygenmålere findes der en del forskellige løsninger på med hver deres fordele og ulemper. Det vigtigste er dog stadig at oxygenmåleren kalibreres minimum en gang årligt.

SERVICE & VEDLIGEHOLDELSE

For at opretholde den korrekte renhedsgrad og sikrer den bedst mulige levetid og driftssikkerhed er det vigtigt at nitrogengeneratoren efterses minimum 1 gang årligt.

Ved serviceeftersyn af Topp Trykluft bliver eventuelle filtre skiftet, renhedsgraden kontrolleres med bærbar oxygenmåler, dugpunktet måles for sikring af korrekt tilført trykluftkvalitet, den indbyggede oxygenanalysator kalibreres eventuelt og en række andre funktioner tjekkes.

EGENPRODUKTION AF FLYDENDE NITROGEN

Er en udbygning af produktionen af gasformig nitrogen. Efter den gassen er produceret føres den over i en kryogenerator som herefter nedkøler nitrogenet til den når sin flydende tilstand.

Herefter pumpes den over i en kryotank som man herefter kan tappe fra til netop sit formål.

Opbygningseksempel på egenproduktion i gasform op til 8 bars tryk