氮的特性及现场发电的效益
现场制氮系统
一艘在海上失踪了许多天的船突然发现了一艘友军船只。从那艘不幸的船的桅杆上看到了一个信号:“水，水，我们渴死了。”那艘友好的船立刻回答说:“把你的桶扔在你现在所在的地方。”第二次，信号是，“水，给我们送水!”回答说:“把你的桶扔在你所在的地方。”第三个和第四个要水的信号得到了回应:“把你的水桶扔在你所在的地方。”这艘遇难船只的船长终于听从了这一命令，把水桶扔下来，桶里装满了从亚马逊河口流出来的闪闪发光的新鲜水。
氮的特点
氮是业界最广泛使用的气体，是地球上最常见的纯元素。氮气是空气的构成要素，构成我们周围大气的78％。氧气是空气的第二大组分包含21％。氮作为那些由通过非常强的，稳定的三键保持在一起的氮两个原子组成的分子自然地发生。此三键使氮与任何其他元件不太可能的反应中，极端压力和温度的条件下时除外。这种化学物质不活动，使氮完美的流体在工业过程中使用其惰性的关键是什么使得它的使用如此普遍。氮不会以蒸气的形式，这使得氮气的干燥气体与-94大气露点°F保留水分子。氮是无色，无臭，无味，额外的特性，使得它去到气无数的工业和科学应用。
应用程序
氮气主要用于以下目的，下面描述的所有氮气应用都至少利用了其中一种特性，许多应用都依赖于这四种特性:
- 防止材料氧化
- 防止细菌生长
- 减少或消除火灾和爆炸的危险
- 提供的干燥环境
在食品和饮料工业中，改性气氛包装(MAP)占氮使用量的很大一部分。MAP是将氮气注入饮料或食品包装中，用氮气清洗和置换任何含氧空气。食品中脂质的氧化会导致酸败。因为在MAP包装中氧气被干燥的惰性氮气取代，所以不会发生产品氧化。其结果是使产品的保质期最大化。
在食品和饮料工业中，改性气氛包装(MAP)占氮使用量的很大一部分。
电子工业依靠高质量的焊接连接将印刷电路板上的电子元件连接在一起。将将要连接的部件用热的液态金属焊料浸湿，使其变硬，形成持久的连接。氧气与热的液体焊料发生反应，产生金属氧化物，即“渣滓”，干扰焊接过程。在氮气环境中进行焊接，可减少有害渣的产生，提高接头的完整性，并通过最小化报废和返工来提高生产率。
金属制造行业依靠激光将不同类型的金属切割成不同的形状。为了用激光产生干净的边缘，熔化的金属必须用辅助气体吹走。通过使用氮气作为辅助气体，氧被排除在切割区域，从而消除了氧化和变色的不利影响。这导致了一个干净的切割边缘，不需要额外的工作来正确完成。
油漆和粘合剂需要氧气硬化。存储和处理范围内的船只这些使得氮气覆盖层覆盖的储存罐中保持的产品的表面上方的区域使用这些产品行业用氮气填充。通过用氮气保护，氧发起的硬化或固化过程中失活。通过使用氮气而不是空气来分配或转印材料的制造工序的各阶段之间，制造商保持产品的通过消除不必要的氧化的完整性。
金属热处理工艺通过控制金属的加热和冷却来改变其硬度、延展性、表面光洁度和耐腐蚀性。金属在室温下由于与大气中的氧气发生反应而氧化，在高温下则以加速的速度氧化。氧化不仅影响金属的表面光洁度，还影响其机械结构和强度。在氮气环境中进行热处理，消除了这种不必要的氧化，提高了热处理过程的效率。
燃烧时必须有三种元素;燃料、热量和氧气。移除或减少任何一种元素，就不会有火。在禁止燃烧的过程中，从燃烧方程中除去氧气的一个简单而可靠的方法是用氮气代替氧气。通过将罐内储存的挥发性液体，如汽油和溶剂，与氮气的气氛覆盖，罐内就不会发生火灾。类似地，在计算机服务器操作、文档存储设施、博物馆和图书馆等关键环境中，用常用方法灭火的行为往往比火灾本身更具破坏性，受控氧环境可以通过从燃烧公式中去除氧变量来主动消除燃烧的机会。
氮的好处包括减少腐败、减少废料和返工、增加安全性和提高工艺效率。
在石油和天然气工业中，惰化、增产和钻井过程会消耗大量的氮气。长期以来，该行业一直依赖于氮气的惰性来为储罐和管道覆盖层提供防止燃烧的气氛。在氮气举升过程中，将高压氮气注入含油地层，通过提高井下自然地层压力(随着油井年龄的增长而下降)来保持最佳产能。在钻井过程中，引入加压氮气，可以使用更轻的钻井液，这些钻井液被泵到钻井表面，以促进碎屑清除、冷却和润滑钻头。更轻的钻井液减少了钻头的负载，提高了钻头的效率。
大多数细菌需要氧气和水才能生存。如果氧气从产品中被除去，或者产品被干燥，没有水，细菌就不能生存和生长。如果没有细菌的存在，那么就没有霉菌，霉变或腐败。没有细菌的无菌环境在制药工业中是至关重要的。由于微生物对产品的污染极其昂贵和危险，制药商使用氮气将液体和固体流体从生产的一个阶段转移到另一个阶段。氮气避免了与氧气的接触，由于其固有的干燥性，氮气避免了与水的接触。
正如先前所描述的应用程序显示，氮在现代工业中的关键作用。看氮气使用的一种方法是不以确定应该使用，而是使用氮氧地方是不允许的。通过去除氧化的有害影响，氧气的氮气环境中的空隙提供了许多工业过程中巨大的利益。这些好处包括减少腐败，降低废品率和返工，提高了安全性，并提高生产效率。
食品加工和包装中氮的使用-网络研讨会记录下载幻灯片并观看免费网络广播的录制学习：
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可用性氮
氮丰富，安全，易于使用。向工业供应氮的传统方法是用低温蒸馏把它从大气中分离出来。氮气一旦分离，就被装进容器，送到现场使用。根据所需的氮气量，容器可以是相对较小的高压气瓶或较大的杜瓦瓶;用于储存低温液氮的专用真空烧瓶。对于更大的氮气需求，在现场安装散装低温液氮罐，随着罐容量的减少，通常会加满液氮罐。在需要氮气的液冷储存系统中，液体必须通过热交换器或蒸发器蒸发成气体。以上述方式供应的氮的纯度为99.998%。
PSA制氮技术可用于纯度为95% ~ 99.9995%，流速为1 ~ 100,000 scfh。
分离技术
除了以上所述的低温工艺外，还可以通过另外两种技术将氮气从空气中分离出来:变压吸附(PSA)和膜分离。在PSA过程中，加压空气被强迫通过一个充满碳分子筛材料(CMS)的容器。CMS选择性地吸附较小的氧分子，并允许较大的氮分子通过。排放流的氮气纯度范围为95%至99.999%。一旦CMS已经吸附了它的最大数量的氧气，它是通过用压缩的氮气清洗容器再生，使它准备好再次吸附氧气。的氮气膜组件技术是在一根管内包含数千根中空纤维。当压缩空气流过中空纤维膜时，气体组分通过选择性渗透分离。氧气等废气通过膜纤维壁扩散到大气中，而氮气被保留并通过纤维中心进入应用。快速气体，如氧气和水蒸气很容易通过膜壁，并出口渗透口。缓慢的气体,如氮气不容易通过膜壁，因此离开管的末端。在这两种技术中，吹扫氮气的体积都明显小于一代循环产生的氮气。
今天的天然气发电技术能够覆盖从1 scfh到180,000 scfh以上的流量。PSA技术可用于95%到99.9995%纯度，流速从1 scfh到100,000 scfh。膜技术可用于纯度在95%到99.5%之间。流量范围为1scfh到180,000+ scfh。
膜制氮技术可用于95% ~ 99.5%的纯度。流量范围为1scfh到180,000+ scfh。
制取氮气现场的好处
成本
PSA和膜分离操作都可以安装在使用氮气的现场，与前面介绍的传统氮气输送方法相比，具有许多优点。在许多情况下，与低温系统相比，规模适当的现场氮气发生器可以提供两年或更短的简单回收期，使现场选择成为一个非常具有成本效益的资本投资项目。
首先，如果氮气需求充足，现场发电通常比输送的气体(气瓶、液体杜瓦瓶或罐)更具成本效益。在散装存储系统中，除储罐租赁费用外，交付的氮气还包括运输费用、燃料附加费和危险品处理费用。
输送氮气的成本。
安全与质量
安全始终是利用高压和低温液体打交道时令人担忧。高压气瓶往往加压到几千磅，呈现出的安全隐患，如果不妥善储存和使用。两个高压气瓶和液体杜瓦瓶是笨重到阶段在需要的氮。此外，不断地连接和断开高压气瓶和液体杜瓦瓶提高了安全性的担忧以及对事故的几率。由于它的-321°F沸点温度，液氮储存在密闭容器中的蒸发气体必须不断排放到大气中。如果不通风，气体会迅速创建容器，杜瓦瓶或罐散装高压内，并呈现爆炸的危险。该排出的气体是一种昂贵的浪费。
现场制氮可提供一致的纯度水平的氮气。现场工厂配备有氧气分析仪，持续监测交付的氮气纯度与其氧气含量的关系，如果交付的气体纯度低于规定，则向客户报警。通过与客户楼宇管理软件(BMS)的多个连接设备，可以对现场氮气操作进行持续的系统监控，以确保系统的可靠运行和性能。这允许主动调整过程，以纠正任何纯度或交付问题之前，它成为一个问题。许多次，高压气瓶被重新充入不同的气体，使污染成为可能，并使输送的氮气的纯度难以保证。杜瓦瓶或大罐中的液氮纯度可能不同，而且膨胀过程很难控制。这些变量使得液体系统的氮气纯度不可靠。
可靠性
现场氮气代放置氮供应的可靠性的用户的控制之下。随着现场发电没有中间人来处理有关准时交货的氮;用户在完全控制。恶劣天气，自然灾害，路况和远距离可以气体输送的可靠性产生负面影响。现场系统的大小和设置，以提供冗余，以避免问题或需要维修时，从而进一步增加不依赖于燃气公司的和平的，心灵的因素进行及时的情况下，非计划停机时间交付。
液氮物流的低效和浪费。
现场制氮是解决方案
现场制氮系统为工业生产提供了可靠、高效、可持续安全的氮气解决方案。与传统的现场送气方法相比，现场生成的氮气可以持续提供高纯度的氮气，以满足应用需求，成本更低。现场发电增加了操作安全性，消除了繁琐的气瓶物流，结束了长期合同义务，并将过程控制牢牢掌握在客户手中。按照布克·t·华盛顿(Booker T. Washington)的建议，“在你所在的地方放下你的桶。”，投资于现场制氮系统的行业发现，他们可以经济可靠地从大气中获取源源不断的氮气，从而提供连续的高纯度、清洁和干燥的氮气，以满足他们的生产需求。
所有照片都是在压缩空气及气体研究所提供。
欲了解更多信息，请访问CAGI网站www.cagi.org。
阅读更多空气处理与产氮的文章,请访问//www.ghtac.com/technology/air-treatment。
