Czy wiesz, że powietrze wokół nas składa się w większości z azotu? Wszyscy potrzebujemy tlenu do życia. Powietrze, którym oddychamy, składa się jednak w 78% z azotu, a zaledwie w 21% z tlenu i dodatkowo z niewielkich ilości innych gazów. Choć organizm ludzki nie wykorzystuje azotu zawartego w powietrzu, jest on bardzo przydatny w różnych zastosowaniach przemysłowych.
Czym jest azot?
Zacznijmy od podstaw. Azot to gaz obojętny. Jest bezwonny, bezbarwny i nie podtrzymuje życia. Ma jednak znaczenie dla wzrostu roślin, a tym samym jest kluczowym dodatkiem do nawozów. Jego przydatność nie ogranicza się jedynie do ogrodnictwa. Zwykle występuje w postaci ciekłej lub gazowej (choć można również uzyskać azot w formie stałej). Ciekły azot stosuje się jako czynnik chłodniczy w zakresie zamrażania żywności i obiektów badań medycznych oraz na potrzeby technologii reprodukcyjnej. Na potrzeby tego artykułu będziemy jednak omawiać wyłącznie właściwości azotu w postaci gazowej.
Azot jest tak powszechnie wykorzystywany głównie ze względu na fakt, że nie reaguje z innymi gazami, w przeciwieństwie do tlenu, który wyróżnia się wysoką reaktywnością. Ze względu na skład chemiczny azotu zerwanie wiązań między jego atomami oraz doprowadzenie do jego reakcji z innymi substancjami wymaga większej ilości energii. Natomiast wiązania między atomami tlenu łatwo ulegają zerwaniu, przez co szybko reaguje on z innymi substancjami. Azot zachowuje się zupełnie inaczej, dzięki czemu można go stosować w celu zapobiegania niepożądanym procesom chemicznym.
Brak reaktywności stanowi największą zaletę azotu. Z tego względu wykorzystuje się go w zapobieganiu powolnemu i szybkiemu utlenianiu. Doskonałym przykładem tego zastosowania jest przeciwdziałanie powolnemu utlenianiu (korozji) podczas produkcji płytek drukowanych i innych drobnych podzespołów w przemyśle elektronicznym.
Zjawisko powolnego utleniania często występuje również w przemyśle spożywczym, w którym używa się azotu do wypierania lub wymiany powietrza w celu zapewnienia skuteczniejszej konserwacji produktu końcowego. Dobry przykład szybkiego utleniania stanowią natomiast eksplozje i pożary — reakcje, które wymagają dopływu tlenu. Usunięcie tlenu z naczynia przy użyciu azotu ogranicza ryzyko wystąpienia tego typu wypadków.
Tymczasowe instalacje azotowe
- Membranowe generatory azotu
- Generatory azotu z technologią adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA)
Na czym polega technologia membranowa?
Jak działa adsorpcja zmiennociśnieniowa?
W przypadku produkcji własnego azotu warto znać i rozumieć wymagania dotyczące poziomu czystości. W niektórych zastosowaniach, na przykład w zakresie pompowania opon i zapobiegania pożarom, zadowalający będzie niski poziom czystości (od 90 do 99%). Inne obszary, takie jak przemysł spożywczy czy formowanie plastiku, wymuszają wysoki poziom czystości (od 97 do 99,999%). W takim wypadku idealnym i najprostszym rozwiązaniem okazuje się technologia adsorpcji wysokociśnieniowej. Podstawowa zasada działania generatora azotu opiera się na oddzielaniu cząsteczek azotu od cząsteczek tlenu w sprężonym powietrzu. Generator azotu wykorzystujący technologię PSA osiąga to poprzez wychwytywanie tlenu ze strumienia sprężonego powietrza przy użyciu adsorpcji.
Adsorpcja zachodzi, gdy cząsteczki wiążą się z adsorbentem. W tym przypadku cząsteczki tlenu przyłączają się do węglowego sita molekularnego (CMS). Dzieje się tak w dwóch oddzielnych zbiornikach ciśnieniowych wypełnionych absorbentem CMS, które przełączają się pomiędzy procesami separacji i regeneracji. Nazwijmy je wieżami A i B. W pierwszej fazie czyste i suche sprężone powietrze wpływa do wieży A. Cząsteczki tlenu mają mniejsze wymiary niż cząsteczki azotu, więc wnikają do porów sita węglowego. Cząsteczki azotu są większe i nie mieszczą się w porach — omijają zatem węglowe sito molekularne. W wyniku tego procesu otrzymujemy azot o pożądanej czystości.
Tę fazę nazywamy etapem adsorpcji lub separacji. Większość azotu wytwarzanego w wieży A opuszcza układ (jest on gotowy do bezpośredniego użycia lub przechowywania), a jego niewielka część jest kierowana do wieży B w kierunku przeciwnym (od góry do dołu). Ten przepływ jest niezbędny do wypchnięcia tlenu, który został wychwycony w poprzedniej fazie adsorpcji w wieży B. W wyniku obniżenia ciśnienia w wieży B węglowe sita molekularne tracą zdolność zatrzymywania cząsteczek tlenu. Następuje odłączenie cząsteczek tlenu od sit i zostają one usunięte z wieży poprzez układ wylotowy za pomocą niewielkiej ilości azotu wypływającej z wieży A.
Dzięki temu system zapewnia miejsce na nowe cząsteczki tlenu, które przyłączą się do sit w następnej fazie adsorpcji. Ten proces „czyszczenia” wieży nasyconej tlenem nazywamy regeneracją.
