เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนทำงานอย่างไร

หน้าที่ของเครื่องผลิตไนโตรเจน: หน้าที่หลักของเครื่องผลิตไนโตรเจนคือการจัดหาก๊าซไนโตรเจนอย่างต่อเนื่อง เชื่อถือได้ และตามความต้องการ โดยมีระดับความบริสุทธิ์ที่เหมาะสมกับการใช้งาน ซึ่งทำให้เครื่องนี้มีความจำเป็นในอุตสาหกรรมที่ต้องควบคุมหรือป้องกันการเกิดออกซิเดชัน เช่น:

• การผลิตอิเล็กทรอนิกส์: การป้องกันการกัดกร่อนของแผงวงจร
• อุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม: ยืดอายุการเก็บรักษาโดยการลดการสัมผัสกับออกซิเจน
• การเติมลมยานยนต์และยาง: ปรับปรุงเสถียรภาพและความปลอดภัย
• การแปรรูปทางเคมี: การจัดหาบรรยากาศเฉื่อยเพื่อป้องกันปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์

ด้วยการผลิตก๊าซไนโตรเจนภายในบริษัท ธุรกิจต่างๆ จะได้รับอิสระและความยืดหยุ่นมากขึ้น ในขณะที่หลีกเลี่ยงการจัดส่งและการจัดการถังก๊าซแรงดันสูงเป็นประจํา

เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนทํางานโดยการแยกโมเลกุลก๊าซไนโตรเจนออกจากออกซิเจนและก๊าซอื่นๆ ในอากาศอัด ทําให้เกิดกระแสก๊าซไนโตรเจนที่มีการควบคุม กระบวนการนี้เรียกว่าการผลิตก๊าซไนโตรเจน และสามารถทําได้ด้วยวิธีการผลิตก๊าซไนโตรเจนที่แตกต่างกัน

ในการสร้างก๊าซไนโตรเจนจากอากาศ เครื่องกําเนิดจะได้รับการไหลของอากาศอัดที่สะอาดและแห้งก่อน ภายในเครื่อง เทคโนโลยีการแยกจะแยกโมเลกุลไนโตรเจนออก ขณะที่ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้ำจะถูกกําจัดออกไป ผลลัพธ์ที่ได้คือก๊าซไนโตรเจนบริสุทธิ์ที่สามารถนําไปใช้ได้ทันทีหรือจัดเก็บไว้เพื่อใช้ในภายหลัง

มีการใช้เทคโนโลยีหลักสองอย่างในระบบผลิตก๊าซไนโตรเจนสมัยใหม่ ได้แก่

1. เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนแบบเมมเบรน - เครื่องขนาดกะทัดรัดที่แยกก๊าซโดยใช้เส้นใยกึ่งซึมผ่านได้

2. เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนแบบ Pressure Swing Adsorption (PSA) - ระบบที่ใช้ตะแกรงโมเลกุลคาร์บอนเพื่อให้ได้ก๊าซไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก

ตัวเลือกเหล่านี้ขึ้นอยู่กับคุณภาพของก๊าซไนโตรเจนและการใช้งานที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น การเติมลมยางหรือการดับเพลิงอาจต้องการความบริสุทธิ์เพียง 90-99% ซึ่งหน่วยเมมเบรนก็เพียงพอแล้ว ในทางตรงกันข้าม อุตสาหกรรมต่างๆ เช่น บรรจุภัณฑ์อาหารหรือพลาสติกมักต้องการความบริสุทธิ์สูงถึง 99.999% ซึ่งสามารถทําได้ด้วยเทคโนโลยี PSA เท่านั้น

ระบบผลิตก๊าซไนโตรเจนคือการติดตั้งที่สมบูรณ์แบบที่จําเป็นสําหรับการผลิต จัดเก็บ และกระจายก๊าซไนโตรเจนในสถานที่ปฏิบัติงาน ในขณะที่เครื่องกําเนิดไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบหลัก องค์ประกอบอื่นๆ อีกหลายอย่างทํางานร่วมกันเพื่อให้แน่ใจถึงการทํางานที่เสถียรและคุณภาพของก๊าซ

โรงงานผลิตก๊าซไนโตรเจนมาตรฐานประกอบด้วย:

1. เครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลม: จ่ายอากาศอัด
2. เครื่องทำลมแห้ง: ขจัดความชื้นออกจากอากาศ
3. ตัวกรอง: ดักจับไอน้ำมันและอนุภาคของแข็ง
4. ถังลม: ทําให้แรงดันและการไหลคงที่
5. เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจน: แยกก๊าซไนโตรเจนออกจากออกซิเจนและก๊าซปริมาณน้อย
6. ตัวรับก๊าซไนโตรเจน: จัดเก็บก๊าซไนโตรเจนที่ผลิตขึ้นเพื่อรองรับความต้องการสูงสุด

ไนโตรเจนสามารถใช้ได้โดยตรงจากช่องทางออกของเครื่องกําเนิดไฟฟ้าหรือบัฟเฟอร์ในถังจัดเก็บเพื่อการจ่ายอย่างต่อเนื่อง

การดูดซับคือกระบวนการที่อะตอม ไอออน หรือโมเลกุลจากสาร (อากาศอัดในกรณีนี้) ยึดติดกับพื้นผิวของสารดูดซับ

เครื่องผลิตก๊าซ PSA จะแยกก๊าซไนโตรเจน และก๊าซอื่นๆ ในกระแสอากาศอัด (ออกซิเจน CO₂ และไอน้ำ) จะถูกดูดซับ ทิ้งก๊าซไนโตรเจนบริสุทธิ์ไว้

PSA จะดักจับออกซิเจนจากกระแสอากาศอัดเมื่อโมเลกุลยึดติดกับตะแกรงโมเลกุลคาร์บอน ซึ่งเกิดขึ้นในภาชนะรับแรงดันแยกกันสองถัง (หอคอย A และหอคอย B) ซึ่งแต่ละถังบรรจุตะแกรงโมเลกุลคาร์บอน ซึ่งจะสลับระหว่างกระบวนการแยกและกระบวนการปรับสภาพ

อากาศอัดที่แห้งและสะอาดจะเข้าสู่หอ A เนื่องจากโมเลกุลของก๊าซออกซิเจนมีขนาดเล็กกว่าโมเลกุลของก๊าซไนโตรเจน ก๊าซออกซิเจนจึงผ่านรูต่างๆ ของตัวกรอง โมเลกุลของก๊าซไนโตรเจนไม่สามารถผ่านรู จึงข้ามตัวกรองออกไป ทำให้เกิดก๊าซไนโตรเจนในระดับความบริสุทธิ์ที่ต้องการ ขั้นตอนนี้เรียกว่าขั้นตอนดูดซับหรือการแยก ก๊าซไนโตรเจนส่วนใหญ่ที่ผลิตในหอ A จะออกจากระบบ พร้อมสำหรับการใช้งานหรือการจัดเก็บโดยตรง

จากนั้นก๊าซไนโตรเจนที่เกิดขึ้นบางส่วนจะไหลเข้าไปในหอคอย B ในทิศทางตรงกันข้าม การไหลนี้จะดันก๊าซออกซิเจนที่ถูกดักในขั้นตอนการดูดซับของหอ B ก่อนหน้านี้ โดยการปล่อยแรงดันในหอ B ตัวกรองคาร์บอนในเชิงโมเลกุลจะสูญเสียความสามารถในการรักษาโมเลกุลของก๊าซออกซิเจน ซึ่งจะถูกถอดออกจากตัวกรองและถูกพัดพาไปโดยการไหลของก๊าซไนโตรเจนขนาดเล็กที่มาจากหอ A กระบวนการ ‘ทำความสะอาด’ นี้ทำให้มีพื้นที่สำหรับโมเลกุลของก๊าซออกซิเจนใหม่ที่ยึดติดเข้ากับตัวกรองในขั้นตอนการดูดซับถัดไป

เทคโนโลยี PSA ช่วยให้การไหลของก๊าซไนโตรเจนมีความจุสูงอย่างต่อเนื่องในการใช้งานที่ต้องการความบริสุทธิ์สูงถึง 99.999% เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจน PSA มีต้นทุนการลงทุนเริ่มต้นสูงกว่าเครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนแบบเมมเบรน แต่มีข้อดีของการไหลที่สูงขึ้นและระดับความบริสุทธิ์ที่สูงขึ้นตามที่อุตสาหกรรมและการใช้งานบางอย่างต้องการ

เครื่อง PSA ให้ความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษ แต่มีความซับซ้อนมากขึ้น ในขณะที่ระบบเมมเบรนนั้นเรียบง่ายและทนทานมากขึ้น ในทั้งสองกรณี การบํารุงรักษาเครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนมีความสําคัญต่อประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ

โดยทั่วไปแล้ว ระบบเมมเบรนต้องการการซ่อมบํารุงน้อยลง เนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่และมีส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนน้อยลง ซึ่งทําให้เหมาะสําหรับสภาพแวดล้อมที่ต้องหลีกเลี่ยงการหยุดทํางาน

ระบบ PSA ต้องการความใส่ใจมากขึ้นกับคุณภาพอากาศขาเข้า ตัวกรอง และสื่อการดูดซับ แต่เมื่อจับคู่กับกําหนดการบํารุงรักษาเครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนที่มีโครงสร้าง จะให้ความบริสุทธิ์และประสิทธิภาพในระดับสูงสุดสําหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูง

ก๊าซไนโตรเจนถูกนําไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมเนื่องจากเป็นก๊าซเฉื่อย ไม่มีกลิ่น และป้องกันการเกิดออกซิเดชัน เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนในสถานที่ปฏิบัติงานจะจ่ายก๊าซไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์และการไหลที่เหมาะสม ช่วยลดความพึ่งพาการจัดส่งก๊าซแบบบรรจุขวด ในขณะที่รับประกันการจ่ายก๊าซที่เสถียร

การใช้งานหลัก ได้แก่:

• การแปรรูปทางเคมี: ไนโตรเจนถูกใช้เพื่อสร้างสภาวะเฉื่อยที่ป้องกันการระเบิดหรือปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์ เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนในอุตสาหกรรมเคมีช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานรักษาความปลอดภัยได้ในขณะที่ลดต้นทุนการจัดซื้อก๊าซ
• การผลิตอาหารและเครื่องดื่ม: บรรยากาศที่มีการควบคุมช่วยยืดอายุการเก็บรักษาและรักษารสชาติ ในสายการบรรจุหีบห่อ เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนสําหรับอุตสาหกรรมอาหารจะล้างออกซิเจนออกจากบรรจุภัณฑ์ ในขณะที่ในโรงงานเครื่องดื่ม ก๊าซไนโตรเจนจะปกป้องของเหลวในระหว่างการบรรจุขวดและการจัดเก็บ
• อุตสาหกรรมยานยนต์: ยางที่เติมก๊าซไนโตรเจนจะรักษาแรงดันยางไว้ได้นานขึ้นและลดการออกซิเดชันของยาง การใช้เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนสําหรับยางรถยนต์ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะมีการจ่ายก๊าซที่เชื่อถือได้ให้กับศูนย์บริการและผู้ปฏิบัติงานด้านยานยนต์

กล่าวโดยสรุป เมื่อถามว่า "เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนใช้ทําอะไร" คําตอบครอบคลุมสเปกตรัมที่กว้าง ตั้งแต่ห้องปฏิบัติการและพลาสติกไปจนถึงการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำและเภสัชกรรม ในทุกที่ที่ต้องการสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจนหรือมีออกซิเจนต่ำ

การผลิตไนโตรเจนภายในองค์กรช่วยให้บริษัทสามารถควบคุมโดยตรงทั้งปริมาณ ความบริสุทธิ์ และแรงดันของก๊าซไนโตรเจน นอกเหนือจากความยืดหยุ่นแล้ว ยังมีข้อได้เปรียบอย่างมากทั้งในด้านการดำเนินงานและด้านการเงิน เมื่อเปรียบเทียบกับการพึ่งพาผู้จัดจำหน่ายภายนอก

ประโยชน์ที่ได้รับมีดังนี้

• ความเสถียรของต้นทุน: อิสระจากความผันผวนของราคาตลาดสําหรับก๊าซไนโตรเจนบรรจุขวดหรือปริมาณมาก
• ต้นทุนด้านโลจิสติกส์ลดลง: ไม่มีค่าขนส่ง การจัดตารางเวลาการจัดส่ง หรือการจัดการคืนถังก๊าซ
• การปรับปรุงความปลอดภัย: ขจัดความเสี่ยงในการจัดเก็บและจัดการขวดแรงดันสูง
• ไม่มีของเสีย: หลีกเลี่ยงการสูญเสียจากการเดือดออกจากถังของเหลวและก๊าซตกค้างในถังที่ไม่ได้ใช้
• ความน่าเชื่อถือ: มีการจัดหาอย่างต่อเนื่องตลอดเวลา ลดความเสี่ยงของการหยุดทํางานในการผลิต
• การประหยัดระยะยาว: ในขณะที่อุปกรณ์ต้องมีการลงทุนล่วงหน้า ต้นทุนการดําเนินงานจะลดลงอย่างมากเมื่อเวลาผ่านไป

ปัจจัยเหล่านี้ทําให้การผลิตก๊าซไนโตรเจนในสถานที่ปฏิบัติงานไม่เพียงแต่เป็นโซลูชันทางเทคนิคเท่านั้น แต่ยังเป็นวิธีปรับปรุงความปลอดภัย ประสิทธิภาพ และการจัดการต้นทุนในการปฏิบัติงานประจําวันอีกด้วย อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับประโยชน์ของการผลิตก๊าซไนโตรเจนในสถานที่ปฏิบัติงาน

ทุกการใช้งานมีความต้องการที่แตกต่างกันเมื่อพูดถึงการไหล ความบริสุทธิ์ และสภาวะการทํางานของไนโตรเจน ระบบที่เหมาะสมช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และการประหยัดต้นทุนในระยะยาว สําหรับบางอุตสาหกรรม เครื่องผลิตเมมเบรนขนาดกะทัดรัดอาจเพียงพอ ในขณะที่อุตสาหกรรมอื่นๆ ต้องการความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษจากเทคโนโลยี PSA

เนื่องจากตัวเลือกขึ้นอยู่กับทั้งปัจจัยทางเทคนิคและทางเศรษฐกิจ จึงมักเป็นการดีที่สุดที่จะทบทวนข้อกําหนดกับผู้เชี่ยวชาญที่สามารถจับคู่ระบบกับกระบวนการได้

สอบถามผู้เชี่ยวชาญด้านระบบอากาศอัดเกี่ยวกับโซลูชันที่ดีที่สุดสําหรับการผลิตก๊าซไนโตรเจนในสถานที่ปฏิบัติงาน