در بسیاری از فرایندهای تولیدی، استفاده از حجم زیادی از گاز نیتروژن برای دستیابی به یک تولید موفق ضروری است. تولید مواد غذایی و آشامیدنی، شراب سازی و فرآیندهای نفت و گاز از جمله صنایعی هستند که برای تسهیل فرایند های خود به حجم زیادی از گاز نیتروژن نیاز دارند. چالش مهمی که ممکن است فعالان صنعتی با آن روبرو شوند تصمیم گیری در مورد بهترین روش تولید گاز نیتروژن مورد نیازشان برای مصارف واحد تولیدی خود است. اگرچه برخی تولید کنندگان گاز نیتروژن را از بیرون از کارخانه تهیه می کنند اما در صورتی که میزان نیتروژن مورد نیاز زیاد باشد، تولید کنندگان ترجیح می دهند تولید نیتروژن را در محل کارخانه خود انجام دهند.
گاز نیتروژن چیست؟
گاز نیتروژن یک گاز خنثی و بی اثر است که به طور فراوان در طبیعت هم به صورت آزاد و هم به عنوان بخشی از ترکیبات دیگر وجود دارد. نیتروژن گازی بی رنگ، بی بو و بی مزه است. اگرچه ویژگی های مناسب نیتروژن آن را برای استفاده در فرآیندهای مختلف صنعتی ایده آل می کند، اما از طرف دیگر این گاز، ممکن است خطرات ایمنی بالقوه ای را نیز برای پرسنل ایجاد کند. در نتیجه، تولیدکنندگان و مصرف کنندگان گاز نیتروژن باید اقدامات ایمنی و احتیاطات لازم را در حین کار با گاز نیتروژن رعایت کنند.
مصارف صنعتی متداول گاز نیتروژن
کاربرد گاز نیتروژن در صنعت به ویژه نفت و گاز بی شمار است. برخی از موارد اصلی استفاده از نیتروژن صنعتی در زیر شرح داده شده است.
لفاف گازی (Gas blanketing)
یک کاربرد حیاتی گاز نیتروژن، به عنوان لفاف مخازن ذخیره سازی ترکیبات شیمیایی فرار است. به دلیل ماهیت بی اثر بودن، لفاف نیتروژن در واحدهای ذخیره سازی، هیدروکربن های ناپایدار را از واکنش های شیمیایی خطرناک احتمالی حفظ کند.
شست و شوی گازی نیتروژن (Purging)
گاز نیتروژن با واکنش پذیری کم خود می تواند به خطوط گازی صنعتی و سایر فرایند های فرار وارد شود تا جایگزین اکسیژن و گازهای دیگری که مستعد احتراق یا اکسیداسیون هستند، شود. شست و شوی گازی نیتروژن فرآیندهای تولید را در شرایط پایدار و ایمن نگه می دارد.
تزریق نیتروژن
به عنوان یک تکنیک پیشرفته بازیابی نفت، می توان نیتروژنی که توسط روش های استاندارد مختلف تولید شده است را زمانی که فشارهای تشکیل و شکل گیری شروع به کاهش می کند، به مخزن وارد کرد. این تکنیک های بازیابی ثانویه، بهره وری را تجدید و تا حد ممکن طولانی می کنند.
استفاده از گاز نیتروژن در قالب های تزریق
یک روش شناخته شده و موثر در شکل دهی پلاستیک ها شامل استفاده از گاز برای دستکاری مواد مذاب و تبدیل آن ها به شکل های مورد نظر است. بسیاری از اپراتورهای صنعتی نیتروژن را در روش ریخته گری پلاستیک خود وارد می کنند. استفاده از نیتروژن به جای روش های قالب گیری سنتی، موجب تولید محصولات یکنواخت و خوش ساخت با حداقل خطا و نقص می شود.
روش های متداول برای تولید گاز نیتروژن
1. تولید گاز نیتروژن به روش جذب نوسان فشار (PSA)
این روش تولید گاز نیتروژن به توانایی مواد جاذب در جداسازی اجزای تشکیل دهنده مخلوط های گازی متکی است. جذب نوسان فشار یک فرایند ساخت نیتروژن دو مرحله ای است که شامل جذب و دفع همزمان در برج های مولد است.
جذب
در مرحله اول نیاز به استفاده از یک برج جذب است که این برج مملو از یک ماده برای غربال کردن کربن مولکولی است. این ماده غربالی به طور انتخابی عمل می کند و گاز اکسیژن را نگه داشته در حالی که اجازه می دهد گاز نیتروژن عبور کرده و درون یک مخزن جمع شود. این فرایند تا زمانی که برج جذب به نقطه حداکثر میزان اشباع خود برسد ادامه پیدا خواهد کرد.
دفع
مرحله دفع دومین مرحله در فرآیند تولید گاز نیتروژن به روش جذب نوسان فشار یا PSA است و در اصل یک روند معکوس فرایند جذب به شمار می رود. پس از این که برج جذب به نقطه اشباع خود دست یافت، عملکرد آن تغییر کرده و اکسیژن از آن آزاد می شود تا مواد غربال کننده قادر باشند چرخه جذب دیگری را از نو شروع کنند.
2. تولید نیتروژن غشایی
در روش تولید نیتروژن غشایی، از یک غشای نیمه تراوا برای جداسازی جریان هوا به گازهای تشکیل دهنده آن استفاده می شود. جریان هوای مورد نظر می تواند سرعت های مختلفی داشته باشد. از ماژول غشای الیاف توخالی به منظور تسهیل در سرعت های نفوذ بالاتر استفاده شده تا یک مساحت سطح بزرگ تری برای جریان گاز فراهم شود. یک مولد نیتروژن غشایی معمولی دارای این اجزا است:
- اتصال دهنده های فیلتر خوراک
- گرم کننده های غوطه ور
- فیلتر های کربن فعال
- فیلترهای ذرات
3. تولید نیتروژن به روش تقطیر جز به جز
تقطیر جز به جز، یک روش بسیار موثر در تولید نیتروژن برای مصارف صنعتی است. در این فرآیند فوق سردسازی هوا تا نقطه مایع شدن آن انجام می شود. سپس، اجزای تشکیل دهنده آن در نقاط جوش خود تقطیر می شوند. اگرچه این فرآیند موجب تولید نیتروژن با خلوص بالا می شود اما به طور کلی هزینه بیشتری نسبت به روش های تولید جذب نوسان فشار و یا نیتروژن غشایی دارد.
منبع: generon