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Quali sono i vari modi a disposizione di un'azienda per ottenere azoto o ossigeno?

Gas industriali Compressed Air Wiki Azoto

La prima soluzione che viene in mente alle aziende cui occorrono gas industriali come azoto e ossigeno consiste probabilmente nel farselo consegnare in bombole. È tuttavia possibile prendere in esame una serie di alternative più numerose e forse più efficienti. Questo articolo esamina la fornitura di azoto in bombole, ma anche in forma liquida, nonché la sua produzione in proprio con appositi generatori PSA o a membrana.

Acquisto dell'azoto presso fornitori terzi

Azoto in bombole

Una prima opzione consiste nell'acquistare bombole di azoto presso un produttore di azoto. Questo processo è molto semplice: si ordina la quantità di azoto desiderata per l'applicazione in questione, e il fornitore lo consegna in grandi bombole pesanti. L'N2O2 generato mediante gli impianti criogenici viene convertito in gas e immagazzinato in bombole a una pressione molto alta (300 bar). Tale procedimento consente di stoccare una grande quantità di azoto gassoso in bombole relativamente piccole, le cui pareti devono tuttavia essere molto spesse per resistere alla pressione elevata. Le bombole vengono collocate in appositi rack e trasportate a destinazione mediante autocarri. Dopo l'uso, le bombole vuote vengono prelevate dall'azienda che ha fornito il gas.

Vantaggi: Svantaggi:
  • Se il consumo di azoto è relativamente basso, si tratta di una soluzione particolarmente agevole.

  • Poiché l'azoto è immediatamente disponibile, i flussi di picco non costituiscono un problema.

  • L'installazione è molto semplice.

     

     

     

  • Poiché le bombole sono di acciaio spesso e pesante (e il peso dell'azoto è quasi nullo), l'azienda che fornisce il gas trasporta sostanzialmente del ferro, e ciò è molto poco rispettoso dell'ambiente.
  • Non è mai possibile svuotare completamente le bombole. Se la pressione di esercizio è pari a 10 bar, è possibile estrarre l'azoto soltanto finché la pressione all'interno delle bombole è superiore a 10 bar. Il gas "residuo" rimane nelle bombole e ritorna all'azienda quando la stessa preleva le bombole "vuote".

  • Il prezzo è relativamente elevato a causa delle attività che l'azienda fornitrice deve svolgere per fornire l'azoto. Una volta generato il gas, essa deve comprimerlo, trasportare presso il cliente le pesanti bombole di ferro e infine prelevarle nuovamente una volta vuote.

  • Se non sono consentite interruzioni del processo di produzione, è inoltre necessario uno speciale sistema di scambio dei rack delle bombole.

  • Problemi di sicurezza (movimentazione di oggetti di acciaio pesanti e alta pressione)

  • Si crea una forte dipendenza dal fornitore di azoto.

  • Questa opzione non è adatta per consumi di gas elevati

Azoto liquido sfuso

Una seconda opzione consiste nell'installare in loco un serbatoio di stoccaggio dell'azoto liquido, affidandolo a un'azienda produttrice di gas il compito di riempirlo periodicamente. È possibile affittare tali serbatoi (dall'azienda che fornisce il gas) o acquistarli; per poter utilizzare l'azoto contenuto nel serbatoio è necessario un evaporatore, che trasforma l'azoto liquido in azoto gassoso utilizzabile. Come nel caso delle bombole, l'azoto viene trasportato presso gli utilizzatori mediante autocarri. In questo caso, tuttavia, il trasporto dell'azoto avviene mediante grandi autocisterne termicamente isolate, dalle quali l'azoto liquido viene pompato nei serbatoi isolati di stoccaggio presenti presso i clienti. È inoltre possibile ordinare l'azoto liquido in contenitori più piccoli per consumi inferiori; tali serbatoi di piccole dimensioni sono noti come dewar. Come nel caso della fornitura in bombole, l'azoto liquido viene prodotto mediante appositi impianti criogenici.

Vantaggi: Svantaggi:
  • Poiché l'azoto è immediatamente disponibile, i flussi di picco non costituiscono un problema.

  • Nella maggior parte dei casi questo metodo è più vantaggioso sotto il profilo economico rispetto alla fornitura di azoto in bombole.

  • In caso di aumenti della produzione e del fabbisogno di azoto, è relativamente agevole effettuare eventuali piccole regolazioni della capacità (a condizione che l'evaporatore di cui si dispone sia in grado di gestirle senza congelare)

     

     

     

     

  • L'isolamento del serbatoio non è mai perfetto. Ciò significa che il gas liquido si riscalda ed evapora all'interno del serbatoio stesso, facendo aumentare la pressione fino a quando la valvola di sicurezza non si apre liberando parte del gas. Questi rilasci sono detti perdite di evaporazione.*

  • I contratti con le aziende che forniscono il gas sono solitamente di lunga durata (tipicamente 5 - 7 anni).

  • Oltre al serbatoio, sono necessari una base speciale (in grado di resistere a temperature estremamente basse in caso di perdite) e un evaporatore.

  • Si tratta di una soluzione che non rispetta l'ambiente.

  • Problemi di sicurezza (lavorare con l'azoto liquido comporta rischi di congelamento, in quanto la sua temperatura è pari a -196 °C)

  • Quando il consumo di azoto è superiore al valore nominale o la temperatura esterna è bassa, l'evaporatore può congelare.

Produzione criogenica in loco

Quando i consumi di azoto sono estremamente elevati, le aziende che forniscono il gas possono installare un (piccolo) impianto criogenico di generazione dell'azoto presso la sede di produzione in cui il medesimo viene utilizzato. Si tratta dello stesso tipo di generatori utilizzati per produrre l'azoto trasportato in bombole e autocisterne. L'articolo riportato di seguito fornisce ulteriori informazioni sui generatori criogenici di azoto. (collegamento all'articolo sulla generazione criogenica)

Generazione in proprio dell'azoto

A differenza dei metodi di acquisizione dell'azoto esaminati in precedenza, la produzione in proprio del medesimo non comporta processi criogenici, le cui temperature estreme non sono presenti nei generatori di azoto a membrana o mediante adsorbimento a pressione oscillante (PSA, Pressure Swing Adsorption), i quali devono scindere l'aria nei suoi costituenti in un altro modo. Le tecnologie PSA e a membrana sono molto diverse fra loro, ma il funzionamento di entrambe richiede un flusso di aria compressa.

Data la grande differenza fra queste tecnologie e quella criogenica, è diversa anche la composizione del gas ottenuto. L'azoto criogenico gassoso è caratterizzato da un livello molto alto e fisso di purezza. Nel caso dei generatori disponibili in commercio è possibile regolare la purezza dell'azoto in funzione delle preferenze dei clienti, ma risulta estremamente inefficiente raggiungere lo stesso livello di purezza dell'azoto prodotto per via criogenica. Nel caso delle macchine commerciali, il conseguimento di livelli di purezza superiori comporta maggiori consumi energetici e, di conseguenza, costi di esercizio più elevati. Detto questo, per la maggior parte delle applicazioni i livelli di purezza dell'azoto criogenico sono eccessivi. Scopri qui ulteriori informazioni sulla purezza dell'azoto.

Vantaggi: Svantaggi:
  • In molti casi, la produzione in proprio dell'azoto risulta la soluzione con il più basso costo totale di proprietà.
  • È possibile impostare la purezza in funzione alle proprie esigenze, e il costo diminuisce di pari passo con la purezza dell'N2O2.

  • Non vi è alcuna dipendenza dai fornitori di gas.

  • Il prezzo del gas è molto stabile, in quanto è sensibile unicamente alle variazioni di quello dell'elettricità necessaria per il funzionamento dell'installazione.

  • Si tratta di un'opzione sicura (assenza di basse temperature o pressioni elevate).

  • Non vi è alcuno spreco (nessuna resa di gas al fornitore o perdita di evaporazione), in quanto viene prodotto il quantitativo necessario.

  • Si tratta di un'opzione rispettosa dell'ambiente rispetto alle altre.

  • Occorre adottare misure speciali per sostenere i picchi del flusso (ad esempio un serbatoio di accumulo normale, ad alta pressione o per gas liquido).

  • Aumenti del consumo di gas anche lievi, ma superiori alla capacità nominale dell'installazione, hanno un impatto maggiore rispetto alle soluzioni con azoto liquido o in bombole.

  • Se i diversi componenti dell'installazione provengono da fornitori diversi, è possibile che le comunicazioni e la manutenzione risultino più complesse.

 

 

 

 

 

Esamina in maggior dettaglio i generatori PSA e a membrana

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