Dušik
Dušik ima širok raspon primjena u različitim industrijama. Jedan od razloga zašto N₂ ima toliko upotreba – i jedna od njegovih ključnih prednosti – jest to što je inertan plin. Zbog svoje trostruke veze vrlo je stabilan i gotovo ne reagira s drugim elementima. Kao rezultat toga, sprječava sve vrste oksidacije (npr. u elektroničkoj i metaloprerađivačkoj industriji). Osim toga, bezbojan je i bez mirisa.
Ova kombinacija karakteristika čini dušik izuzetno vrijednim resursom – i važnim dijelom mnogih industrijskih procesa.
Evo nekih industrija u kojima dušik ima ključnu ulogu:• Farmaceutska industrija: Zamjena opasne ili nepoželjne atmosfere radi sigurnosti ili kvalitete proizvoda, održavanje sterilnosti i čistoće farmaceutskih proizvoda, inertizacija aktivnih i visokopuritetnih farmaceutskih sastojaka tijekom proizvodnje, uklanjanje kisika radi sprječavanja oksidacije i smanjenja opasnosti od požara, osiguravanje inertnog okruženja u bočicama za cjepiva, pakiranje u inertnoj atmosferi, premještanje reakcijskih smjesa iz jedne posude u drugu itd.
Pakiranje hrane: Korištenje kao nekemijski konzervans, zaštita hranjivih tvari, sprječavanje rasta aerobnih mikroorganizama, očuvanje integriteta i kvalitete proizvoda tijekom transporta, „napuhavanje” pakiranja, zamjena plina u slobodnom prostoru (headspace), inertizacija procesa kako bi se spriječilo neželjeno izgaranje, suzbijanje štetnika, fumigacija, (kemijsko) inertiziranje, …• Industrija pića: Očuvanje i prijenos vina, zamjena CO₂ (pivovare), kontrolirano upuhivanje u tekućine, točenje piva, punjenje piva u boce i limenke, ispiranje spremnika i posuda, …• Toplinska obrada metala: Sprječavanje oksidacije.• Proizvodnja: Širok raspon primjena, od inertizacije i ispiranja, do čišćenja i sterilizacije, prijenosa proizvoda i pakiranja.• Laboratoriji: Kontrola atmosfere radi zaštite procesa i rezultata.• Elektronika: Sprječavanje kontaminacije tijekom proizvodnje tranzistora, sklopova i dioda.• Zavarivanje / obrada metala: Sprječavanje stvaranja oksida i neželjenih spojeva.
• Rasvjeta: Isplativa alternativa argonu u proizvodnji žarulja.• Nafta i plin: Inertizacija procesa u rafiniranju nafte, separaciji plinova, dehidraciji prirodnog plina i pročišćavanju vodika.• OBIGGS sustavi (zrakoplovstvo): Inertizacija spremnika goriva tijekom leta.• Proizvodnja amonijaka: Povrat plina iz procesa pročišćavanja..• Prijenos proizvoda: Siguran prijenos tekućih ili praškastih materijala koji mogu biti opasni u kontaktu s kisikom ili vlagom.• Pakiranje: Uklanjanje kisika radi očuvanja i zaštite proizvoda tijekom transporta.• Metalurgija: Sprječavanje oksidacije u proizvodnji čelika i legura.• Lakiranje raspršivanjem: Poboljšanje učinkovitosti prijenosa, smanjenje vremena pečenja, uklanjanje vremena isparavanja, postizanje bolje završne obrade, …
• LC/MS analiza: Uklanjanje otapala radi povećanja osjetljivosti analize i sprječavanja pogrešnih rezultata.• Injekcijsko prešanje plastike: Istiskivanje kisika iz kalupa kako bi se spriječili defekti uzrokovani vlagom.• Punjenje guma: Smanjenje rizika od izgaranja i korozije, stabilniji tlak u gumama, dulji vijek trajanja guma, …• Prevencija požara i eksplozija: Sprječavanje požara stvaranjem okruženja s manjkom kisika, uklanjanje rizika od korozije u sprinkler sustavima, …
Dušik (N₂) ima ključnu ulogu u ovim i bezbrojnim drugim primjenama u gotovo svakoj industriji. Međutim, nisu sve primjene zahtijevaju istu vrstu dušika.
Na primjer, vrlo visoka čistoća dušika potrebna je za mnoge primjene u procesu žarenja, dok se manje čist N₂ univerzalno koristi za sprječavanje požara.
Zbog toga, kako bi se povećala učinkovitost i smanjili operativni troškovi, sustav za proizvodnju dušika treba biti jednako svestran kao i sam plin. I upravo je to jedno od područja u kojima se Atlas Copco proizvodi ističu: bez obzira na vašu primjenu, gotovo je sigurno da imamo rješenje koje odgovara vašim potrebama.
Kako biste u potpunosti iskoristili prednosti proizvodnje na licu mjesta, dostupne su dvije različite tehnologije za proizvodnju dušika: membranska tehnologija i tlačno promjenjiva adsorpcija (PSA).
Svaka od njih ima specifične prednosti koje je čine prikladnijom ili manje prikladnom za određene primjene. Najprije pogledajmo kako te tehnologije rade.
Cilj obje tehnologije je uzeti obični komprimirani zrak, koji se sastoji od približno 78% dušika, 21% kisika i 1% drugih plinova, te ukloniti sve osim dušika. Međutim, koriste različite metode za postizanje tog cilja.
Tlačno promjenjiva adsorpcija (PSA): Ova tehnologija odvaja dušik i kisik koristeći proces adsorpcije, pri čemu se molekule kisika vežu na ugljično molekularno sito. PSA generator dušika sastoji se od dvije odvojene posude pod tlakom. U svakom trenutku jedna posuda filtrira kisik, dok se druga regenerira – odnosno kisik vezan za sito uklanja se putem ispuha.
Prednosti i nedostaci PSA tehnologije
PSA proces može proizvesti dušik vrlo visoke čistoće, do 99,999%. Osim toga, potrebna količina komprimiranog zraka općenito je manja u usporedbi s membranskom tehnologijom, što smanjuje operativne troškove. Na prvi pogled, kombinacija ovih dviju prednosti sugerira da je ova tehnologija superiornija od membranske. Međutim, većina primjena dušika ne zahtijeva ni približno takvu razinu čistoće.
Kako bi sustav pravilno radio, tlačno promjenjiva adsorpcija (PSA) zahtijeva ulaz komprimiranog zraka koji je vrlo čist i bez prisutnosti vodene pare.
Membranska tehnologija: Unutar cilindričnog metalnog kućišta nalazi se membrana ispunjena sitnim šupljim polimernim vlaknima koja pasivno razdvajaju dušik iz komprimiranog zraka. Ovaj proces naziva se permeacija i temelji se na činjenici da različiti plinovi, pare i nečistoće prolaze kroz stijenke vlakana različitom brzinom.
Na primjer, vodena para prolazi kroz membranu vrlo brzo i odvodi se kroz ispust. I kisik prolazi relativno brzo, dok dušik prolazi znatno sporije. Kao rezultat toga, dušik ostaje u vlaknima dulje vrijeme, dok su vodena para i kisik već uklonjeni. Na izlazu iz sustava ostaje gotovo isključivo dušik.
Iako ne može postići izuzetno visoku čistoću kakvu omogućuje PSA generator dušika, membranska tehnologija ima niz drugih prednosti.
Može podnijeti prisutnost vodene pare u ulaznom zraku. Osim toga, membranski generatori dušika mogu se instalirati na znatno više lokacija jer zauzimaju manje prostora i rade vrlo tiho.
Zahvaljujući konstrukciji bez pokretnih dijelova i jednostavnijem principu rada, ovi generatori su puno lakši za održavanje.
Još jedna prednost je što membranski generatori prirodno osiguravaju kontinuirani protok dušika, dok su kod PSA sustava potrebni dodatni spremnici kako bi se postigao isti stabilan protok.
Na kraju, mogu se instalirati modularno, što ih čini odličnim izborom za tvrtke koje žele postupno povećavati kapacitet proizvodnje dušika.
MEMBRANSKA TEHNOLOGIJA
PSA
Postižna čistoća
Do 99,5% (učinkovito)
Do 99,999% (učinkovito)
Učinkovitost
Visoka
Vrlo visoka
Učinkovitost u odnosu na temperaturu
Veća pri višim temperaturama
Niža pri višim temperaturama
Složenost sustava
Niska
Srednja
Service intensity
Vrlo niska
Stabilnost tlaka
Stabilan bez dodatnog spremnika
Stabilan uz dodatne spremnike
Stabilnost protoka
Brzina pokretanja nakon zaustavljanja
Brza
Osjetljivost na vodu (paru)
Niska (bez prisutnosti tekuće vode)
Osjetljivost na ulje
Nije dopušteno (< 0,01mg/m³)
Nije dopušteno (< 0.01mg/m³)
Razina buke
Težina
Sada kada znamo kako funkcioniraju te koje su njihove prednosti i nedostaci, postavlja se pitanje koja je tehnologija bolja. Odgovor je: ovisi.
U konačnici, optimalna tehnologija ovisi o konkretnoj primjeni dušika. U mnogim slučajevima obje će pouzdano obaviti posao i donijeti uštede u odnosu na kupnju dušika od vanjskih dobavljača. Međutim, postoje situacije u kojima jedna tehnologija ima jasnu prednost nad drugom.
Primjerice, ako je potrebna najviša moguća čistoća, tada je PSA tehnologija očiti izbor. S druge strane, ako se generator dušika mora instalirati u laboratoriju, gdje je važna niska razina buke, tada je membranska tehnologija bolja opcija.
Zato bi tvrtke koje su odlučile proizvoditi dušik na licu mjesta trebale pažljivo analizirati svoje primjene, potrebe za dušikom i radno okruženje u kojem žele instalirati generator.
