现场发电的氮素特征及益处
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。
氮特征
氮是工业上使用最广泛的气体，也是地球上最常见的纯元素。氮是空气的组成元素，在我们周围的大气中占78%。氧是空气的第二大成分，占21%。氮自然地以分子形式存在，由两个氮原子组成，它们由一个非常强而稳定的三键结合在一起。这种三重键使得氮与其他元素发生反应的可能性很小，除非是在极端的压力和温度下。这种化学上的不活性使氮成为工业过程中使用的理想液体，它的惰性是它如此普遍使用的关键。氮不能以水蒸气的形式留住水分子，这使得氮成为一种干燥的气体，其大气露点为-94°F。氮无色、无嗅、无味，这些特性使它成为无数工业和科学应用的首选气体。
应用程序
氮气主要用于以下目的，下面描述的所有氮应用都利用这些特征中的至少一种，许多应用依赖于所有四个：
- 防止材料氧化
- 防止细菌生长
- 减少或消除火灾、爆炸危险
- 提供干燥的空气
改进的气氛包装（地图）占食品和饮料行业的大量氮含量。地图涉及将氮气注入饮料或食品包装中以吹扫并吹瓶使用氮气的任何含氧空气。食品中脂质的氧化导致酸累。由于氧气被干燥，在地图包装中惰性氮，因此不会发生产品氧化。结果是最大化的产品保质期。
改进的气氛包装（地图）占食品和饮料行业的大量氮含量。
电子工业依靠高质量的焊接连接，将电气组件加入印刷电路板上。用热的液态金属焊料润湿待加入的组件，使得硬化形成长持久的关节。氧气与热的液体焊料产生的反应产生金属氧化物，称为渣滓，干扰焊接过程。在氮气环境中进行焊接可减少有害的渣滓生产，增加关节完整性，并通过最小化废料并重新工作来提高生产率。
金属制造行业依靠激光来切割不同类型的金属的形状。为了产生具有激光的清洁边缘，必须通过辅助气体吹走熔融金属。通过使用氮作为辅助气体，从切割区中排除氧气，从而消除了氧化和变色的不需要的影响。这导致清洁边缘，不需要额外的工作来正确完成。
油漆和粘合剂需要氧气来硬化。储存和加工容器内这些使用这些产品的工业都充满了氮气，这样一层氮气覆盖在存储槽内的产品表面以上的区域。通过用氮气覆盖，氧引发的硬化或固化过程变得不活跃。通过使用氮气而不是空气来在制造过程的各个阶段分配或转移材料，制造商通过消除不必要的氧化来保持产品的完整性。
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。
氮气的益处包括减少腐败，降低废料和返工，增加安全性和增加的工艺效率。
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来存活。如果从产物中除去氧气或产物干燥，因此没有水存在，细菌不能生存和生长。如果没有细菌存在，那么没有模具，霉菌或腐败。无菌环境在制药工业中，细菌的空隙是至关重要的。因为具有微生物的产品污染是非常昂贵的，危险的，药品制造商使用氮气从一个生产阶段移动流体，液体和固体。氮气消除了暴露于氧气，并且由于其固有的干燥，氮气消除了水暴露。
如前所述的应用所示，氮在现代工业中起着关键作用。观察氮气使用情况的一种方法不是确定它应该在哪里使用，而是在不允许使用氧气的地方使用氮气。通过消除氧化的有害影响，无氧的氮气环境为许多工业过程提供了巨大的好处。这些好处包括减少损坏、减少报废和返工、提高安全性和提高过程效率。
食品加工和包装中的氮气 - 网络研讨会记录下载幻灯片并观看免费网络直播的录音，学习:
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可用性的氮
氮气丰富，安全，容易使用。向工业供应氮的传统方法是通过低温蒸馏将其与大气空气分开。一旦分离，氮气被容器化并递送至现场以供使用。根据所需氮的量，容器可以是相对较小的高压气瓶或更大的凹槽;用于储存低温，液氮的专用真空烧瓶。对于较大的氮气需求，随着罐体积减少的情况下，散装低温液氮罐安装在常规旋转的位置。在需要氮气的液体低温存储系统中，必须通过使用热交换器或蒸发器蒸发液体进入气体。以上述方式提供的氮气具有99.998％的纯度。
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。的氮膜组件技术使用管内包含的数千个中空纤维。作为压缩空气流过中空纤维膜，气体组分通过选择性渗透分离。氧气和其他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的中心到涂覆。快速气体，例如氧气以及水蒸气容易通过膜壁渗透，并排出渗透口。慢气，就像氮气不容易通过膜壁，因此离开管的末端。在两种技术中，吹扫氮的体积显着小于在一代循环期间产生的氮。
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。
现场生成氮气的好处
成本
PSA和膜分离操作都可以在现场安装，其中使用氮气，从前描述的传统氮递送方法提供多种优点。在许多情况下，一个适当大小的现场氮生成工厂可以提供两年或更少简单的回报与低温系统，可能会使现场选项成为一个非常具有成本效益的资本投资项目。
对于初学者，如果氮需求足够，现场的一代通常更具成本效益，而不是递送的气体（气瓶或液体露珠或罐）。除了批量储存系统的情况下，除了储罐租赁服务外，还有氮气还带有运输费用，燃油附加费和Hazmat费用。
输送氮气的成本。
安全和质量
在处理高压和低温液体时，安全总是一个值得关注的问题。高压钢瓶经常被加压到几千psig，如果不适当地储存和使用，就会出现安全危险。在需要氮气的地方，高压钢瓶和液体杜瓦瓶都很重且笨重。此外，不断地连接和断开高压钢瓶和液体杜瓦瓶增加了安全隐患和发生事故的可能性。由于其-321°F的沸腾温度，液态氮储存在密闭容器中必须不断地将蒸发的气体排放到大气中。如果不排放，气体将迅速在容器、杜瓦瓶或散装罐内产生高压，并存在爆炸风险。这种排出的气体是一种昂贵的浪费。
现场的氮气产生提供一致纯度水平的氮。现场植物配有氧气分析仪，不断监测氮纯度随着其氧含量和报警，如果输送的气体纯度小于指定。连续系统监控和控制现场氮气操作可通过多个连接设备提供给客户的建筑管理软件（BMS），以确保可靠的系统操作和性能。这允许主动调整过程以在成为问题之前纠正任何纯度或交付问题。多次，高压气瓶重新装入不同的气体，使污染成为真正的可能性并使难以确保递送的氮的纯度。从露珠或散装罐的液氮的纯度可以变化并且难以控制膨胀过程。这些变量采用液体系统的不可靠的氮纯度。
可靠性
现场产氮将供氮的可靠性置于用户的控制之下。在现场发电时，对于氮气的准时交付，没有中间人需要处理;用户处于完全控制状态。恶劣的天气、自然灾害、道路状况和遥远的距离都会对天然气输送的可靠性产生负面影响。现场系统的大小和设置可以提供冗余，以避免在出现问题或需要维护时意外停机，从而进一步增加无需依赖天然气供应商及时交付的安心因素。
液氮物流中效率低下和废物。
现场制氮是解决方案
现场氮生成系统提供可靠，高效，可持续安全的解决方案，以提供行业所需的氮。现场一代提供一致的高纯度氮以使应用程序的需求与传统的输送天然气输送到现场的方法相比。现场一代增加运营安全，消除了繁琐的气缸物流，结束了长期合同义务，并将过程控制牢牢地掌握在客户手中。By following Booker T. Washington’s advice to, “Cast down your bucket where you are.”, industries that invest in on-site nitrogen generation systems are discovering that they can economically and reliably harvest the endless supply of nitrogen in the atmosphere to deliver a continuous supply of high purity, clean, and dry nitrogen gas to satisfy their production requirements.
所有照片由压缩空气和气体研究所提供。
有关更多信息，请访问Cagi网站www.cagi.org．
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