كيفية عمل مولد النيتروجين

وظيفة مولد النيتروجين: تتمثل الوظيفة الرئيسية لمولد النيتروجين في توفير مصدر مستمر وموثوق به وعند الطلب من النيتروجين مخصص لمستوى النقاء المطلوب. وهذا يجعلها ضرورية للصناعات التي يتعين فيها التحكم في الأكسدة أو منعها، مثل:

• تصنيع الإلكترونيات: منع تآكل لوحات الدوائر.
• صناعة الأغذية والمشروبات: إطالة العمر الافتراضي عن طريق تقليل التعرض للأكسجين.
• السيارات ونفخ الإطارات: تحسين الاتزان والسلامة.
• المعالجة الكيميائية: توفير جو خامل لمنع التفاعلات غير المرغوب فيها.

من خلال توليد النيتروجين داخل الشركة، تكتسب الشركات المزيد من الاستقلالية والمرونة، مع تجنب عمليات التسليم المنتظمة والتعامل مع أسطوانات الغاز عالية الضغط.

يعمل مولد النيتروجين عن طريق فصل جزيئات النيتروجين عن الأكسجين والغازات الأخرى في الهواء المضغوط ، مما ينتج تدفقًا محكومًا من غاز النيتروجين. تُعرف هذه العملية باسم إنتاج غاز النيتروجين ويمكن تحقيقها من خلال طرق مختلفة لإنتاج النيتروجين.

للإنتاج النيتروجين من الهواء، يستقبل المولّد أولاً تدفّقًا من هواء مضغوط نظيف وجاف. داخل الوحدة، تعمل تقنية الفصل على عزل جزيئات النيتروجين، بينما تتم إزالة الأكسجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. والنتيجة هي نيتروجين نقي جاهز للاستخدام مباشرة أو للتخزين للاستخدام لاحقًا.

تُستخدم تقنيتان رئيسيتان في أنظمة توليد النيتروجين الحديثة:

1. مولدات النيتروجين الغشائية - وحدات مدمجة تفصل الغازات باستخدام ألياف شبه نفاذة.

2. مولدات النيتروجين بتقنية الامتزاز بالضغط المتأرجح (PSA) - الأنظمة التي تستخدم المناخل الجزيئية الكربونية لتحقيق نقاء نيتروجين عالي للغاية.

يعتمد الاختيار بينها على جودة النيتروجين المطلوبة والتطبيق. على سبيل المثال، قد يتطلب نفخ الإطارات أو إخماد الحرائق نقاءً بنسبة 90-99% فقط، حيث يكون وحدة الغشاء (membrane) كافي. وعلى النقيض من ذلك، غالبًا ما تحتاج الصناعات مثل تغليف المواد الغذائية أو المواد البلاستيكية إلى نقاء يصل إلى 99,999%، والذي لا يمكن تحقيقه إلا باستخدام تقنية الامتزاز PSA.

نظام توليد النيتروجين هو التركيب الكامل المطلوب لإنتاج النيتروجين وتخزينه وتوزيعه في الموقع. في حين أن المولد هو المكون المركزي، فإن العديد من العناصر الأخرى تعمل معًا لضمان التشغيل المستقر وجودة الغاز.

تتكون محطة إنتاج النيتروجين القياسية من:

1. ضاغط الهواء: يوفر الهواء المضغوط.
2. المجفف: يزيل الرطوبة من الهواء.
3. الفلاتر: احتجاز أبخرة الزيت والجسيمات الصلبة.
4. مستقبل (تانك) الهواء: يثبت الضغط والتدفق.
5. مولد النيتروجين: يفصل النيتروجين عن الأكسجين والغازات الدقيقة.
6. مستقبل النيتروجين: يخزن النيتروجين المنتج لتلبية ذروة الطلب.

يمكن استهلاك النيتروجين مباشرة من مخرج المولّد، أو تخزينه في خزان لتوفير إمداد مستمر.

الامتزاز هو العملية التي تلتصق فيها الذرات أو الأيونات أو الجزيئات من مادة معينة (الهواء المضغوط في هذه الحالة) بسطح مادة ماصة.

يقوم مولد PSA بعزل النيتروجين، ينما يتم امتزاز الغازات الأخرى في تيار الهواء المضغوط _{(الأكسجين، ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء)}، ليبقى خلفه نيتروجين نقي في الأساس.

يقوم نظام PSA باحتجاز الأكسجين من تيار الهواء المضغوط عندما ترتبط الجزيئات بمنخل جزيئي  من الكربون. و يحدث هذا في وعائين ضغط منفصلين (البرج "أ" والبرج "ب")، كل منهما ممتلئ  بمصفاة جزيئية من الكربون، حيث يتناوبان بين عملية الفصل وعملية التجديد.

يدخل الهواء المضغوط النظيف والجاف إلى البرج A. بما أن جزيئات الأكسجين أصغر من جزيئات النيتروجين، فإنها تمر عبر مسام المصفاة. لا يمكن أن تمر جزيئات النيتروجين عبر المسامات، لذلك فإنها تتجاوز المنخل ما ينتج النيتروجين بمستوى النقاء المطلوب. تسمى هذه المرحلة مرحلة الامتزاز أو الفصل. معظم النيتروجين الناتج في البرج A يخرج من النظام، ويكون جاهزًا للاستخدام المباشر أو التخزين.

بعد ذلك، يتم تدفق جزء صغير من النيتروجين الناتج إلى البرج B في الاتجاه المعاكس. يؤدي هذا التدفق إلى إخراج الأكسجين الذي تم التقاطه في مرحلة الامتزاز السابقة للبرج B. عن طريق تحرير الضغط في البرج B، تفقد مناخل الكربون الجزيئية قدرتها على الاحتفاظ بجزيئات الأكسجين التي ستنفصل عن المناخل وتنجر بعيدًا عبر تدفق النيتروجين الصغير القادم من البرج A. إن العملية "التنظيف" هذه المجال لجزيئات الأكسجين الجديدة لتتعلق بالمناخل في مرحلة الامتزاز التالية.

تتيح تقنية الامتزاز بالضغط المتأرجح تدفقًا مستمرًا للنيتروجين عالي السعة في التطبيقات الصعبة بمستويات نقاء تصل إلى 99,999%. وتتميز مولدات الامتزاز بالضغط المتأرجح بتكلفة استثمار أولية أعلى من المولدات الغشائية، ولكنها توفر مزايا التدفق ومستويات النقاء الأعلى التي تتطلبها بعض الصناعات والتطبيقات.

توفر وحدات PSA نقاءً فائقًا ولكنها أكثر تعقيدًا، بينما تكون أنظمة الأغشية أبسط وأكثر قوة. وفي كلتا الحالتين، تعد صيانة مولد النيتروجين أمرًا ضروريًا للحصول على أداء متسق.

تتطلب أنظمة الأغشية عادةً صيانة أقل، حيث لا تحتوي على أجزاء متحركة ومكونات أقل حساسية - مما يجعلها مناسبة تمامًا للبيئات التي يجب فيها تجنّب توقف التشغيل.

تتطلب أنظمة الامتزاز بالضغط المتأرجح PSA مزيدًا من الاهتمام بجودة هواء الدخول والفلاتر ووسائط الامتزاز، ولكن عند اقترانها بجدول صيانة مولد النيتروجين المنظم، فإنها توفر أعلى مستويات النقاء والأداء للتطبيقات الصعبة.

يُستخدم النيتروجين على نطاق واسع في الصناعة لأنه خامِل، عديم الرائحة، ويمنع الأكسدة. يوفّر المولّد في الموقع النيتروجين بالنقاوة والتدفق المناسبين، مما يقلل الاعتماد على أسطوانات الغاز ويضمن إمدادًا مستقرًا للغاز.

تشمل التطبيقات الرئيسية ما يلي:

• المعالجة الكيميائية: يُستخدم النيتروجين لخلق ظروف خاملة تمنع الانفجارات أو التفاعلات غير المرغوبة. يتيح مولّد النيتروجين في الصناعة الكيميائية للمشغلين الحفاظ على السلامة مع تقليل تكاليف شراء الغاز.
• إنتاج الأغذية والمشروبات: تساعد الأجواء الخاضعة للتحكم في إطالة عمر الصلاحية والحفاظ على النكهة. في خطوط التعبئة، يقوم مولد النيتروجين لصناعة الأغذية بإزالة الأكسجين من العبوات، بينما في مصانع المشروبات، يحمي النيتروجين السوائل أثناء تعبئة الزجاجات والتخزين.
• قطاع السيارات: تحافظ الإطارات المملوءة بالنيتروجين على الضغط لفترة أطول وتقلل من أكسدة المطاط. يضمن استخدام مولد النيتروجين للإطارات إمدادًا موثوقًا به لمراكز الخدمة ومشغلي الأساطيل.

باختصار، عندما تسأل "ما الغرض من استخدام مولد النيتروجين؟"، تغطي الإجابة نطاقًا واسعًا، من المختبرات والبلاستيك إلى تربية الأحياء المائية والأدوية، في أي مكان يتطلب بيئة خالية من الأكسجين أو منخفضة الأكسجين.

يمنح إنتاج النيتروجين بالموقع الشركات تحكمًا مباشرًا في الناتج والنقاء والضغط. بالإضافة إلى المرونة، هناك مزايا تشغيلية ومالية كبيرة مقارنة بالاعتماد على الموردين الخارجيين.

المزايا الرئيسية:

• استقرار التكلفة: الاستقلالية عن تقلبات أسعار السوق للنيتروجين المعبأ أو السائب.
• انخفاض التكاليف اللوجستية: لا توجد رسوم نقل أو جدولة تسليم أو معالجة إرجاع الأسطوانات.
• تحسينات السلامة: تقضي على مخاطر تخزين زجاجات الضغط العالي والتعامل معها.
• لا نفايات: تجنب خسائر الغليان من خزانات السوائل والغاز المتبقي غير المستخدم في الأسطوانات.
• الموثوقية: إمداد مستمر متاح على مدار الساعة، مما يقلل من خطر تعطل الإنتاج.
• التوفير على المدى الطويل: في حين تتطلب المعدات استثمارًا مسبقًا، فإن تكاليف التشغيل أقل بشكل كبير بمرور الوقت.

تجعل هذه العوامل توليد النيتروجين في الموقع ليس فقط حلاً تقنيًا، ولكنه أيضًا طريقة لتحسين السلامة والكفاءة وإدارة التكاليف في العمليات اليومية. اقرأ المزيد عن فوائد توليد النيتروجينفي الموقع.

لكل تطبيق احتياجات مختلفة عندما يتعلق الأمر بتدفق النيتروجين ونقاءه وظروف التشغيل. يضمن النظام المناسب الكفاءة والسلامة وتوفير التكاليف على المدى الطويل. بالنسبة لبعض الصناعات، قد يكون مولد الغشاء المدمج كافيًا، بينما تتطلب صناعات أخرى النقاء الفائق الذي توفره تقنية PSA.

نظرًا لأن الاختيار يعتمد على كل من العوامل الفنية والاقتصادية، غالبًا ما يكون من الأفضل مراجعة المتطلبات مع متخصص يمكنه مطابقة النظام مع العملية.

اسأل أحد المتخصصين في أنظمة الهواء عن أفضل حل لتوليد النيتروجين داخل الشركة.