الامتزاز الاختياري للمنخل الجزيئي الكربوني مقترناً بعملية تأرجح الضغط
يكمن المبدأ الأساسي لمولد النيتروجين في اختلافات الامتزاز بين الأكسجين والنيتروجين على المنخل الجزيئي الكربوني، حيث تتيح عملية الرفع في الضغط الامتزاز الاختياري، بينما تؤدي عملية خفض الضغط إلى تحرير المكونات الممتزة واستعادة قدرة المنخل على الامتزاز مرة أخرى.

الامتزاز التفاضلي

• تُظهر البنية المسامية الدقيقة للمنخل الجزيئي الكربوني ألفة امتزاز أعلى بكثير للأكسجين مقارنة بالنيتروجين. وبسبب التأثير الحركي، تنتشر جزيئات الأكسجين عبر المسام الدقيقة للمنخل بمعدل أسرع بنحو ثلاث إلى خمس مرات من جزيئات النيتروجين. وتحت الضغط المرتفع، تزداد سعة الامتزاز بشكل أكبر، مما يعزز كفاءة الفصل.

دورة الامتزاز بتأرجح الضغط (PSA)

• أثناء عملية رفع الضغط، يقوم المنخل الجزيئي الكربوني بامتزاز الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والرطوبة بشكل تفضيلي، مما يسمح للنيتروجين بالتركيز في الحالة الغازية. وفي مرحلة خفض الضغط، يتم تحرير الشوائب التي تم امتزازها مسبقاً، مما يؤدي إلى استعادة كفاءة أداء الامتزاز. ويضمن التشغيل التبادلي لبرجي الامتزاز المزدوجين توفير تدفق مستمر وغير منقطع من النيتروجين.

عملية من خمس خطوات تحول الهواء المحيط إلى نيتروجين عالي النقاء

تضمن المعالجة المسبقة لهواء التغذية كفاءة عملية الامتزاز

• باستخدام الهواء المحيط كمادة تغذية، يمر الهواء أولاً عبر نظام ترشيح متعدد المراحل (يتكون من فلاتر أولية، ودقيقة، وفلاتر كربون نشط) لإزالة الشوائب مثل الغبار (أكبر من أو يساوي 0.1 ميكرومتر)، ورذاذ الزيت (أقل من أو يساوي0.1 مجم/م³)، والرطوبة (نقطة الندى أقل من أو يساوي سالب 40 درجة مئوية مئوية).مبدأ العمليدخل الهواء المصفى إلى ضاغط هواء خالٍ من الزيت ويتم ضغطه إلى 0.6-0.8 ميجا باسكال، مما يوفر الضغط المطلوب لعملية الامتزاز.مبدأ العمليمر الهواء المضغوط بعد ذلك عبر مجففات تبريد ومجففات امتصاص لخفض نقطة الندى بشكل أكبر، لتصل عادةً إلى أقل من أو يساوي سالب 40 درجة مئوية، مع توفر إعدادات اختيارية تصل إلى سالب 70 درجة مئوية، مما يمنع تلف المنخل الجزيئي بسبب الرطوبة.

يحدث فصل النيتروجين والأكسجين من خلال أبراج امتزاز تبادلية
يدخل الهواء المضغوط المصفى إلى أبراج امتزاز مزدوجة يتم التحكم فيها بواسطة تسلسل تبديل الصمامات القائم على نظام (PLC). وتضمن دورات الامتزاز والتجديد المستمرة الحفاظ على إنتاج مستقر من النيتروجين.

• أثناء عملية الامتزاز، يدخل الهواء المضغوط إلى برج الامتزاز (A) بضغط يتراوح بين 0.6 و0.8 ميجا باسكال. كما يقوم المنخل الجزيئي الكربوني بامتزاز الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والرطوبة بسرعة، بينما يخرج النيتروجين من أعلى البرج كغاز منتج بنقاء يتراوح بين 95 بالمائة و99.9 بالمائة في الإعدادات القياسية.مبدأ العملوفـي الوقت نفسه، يخضع برج الامتزاز (B) لعملية خفض الضغط وصولاً إلى الضغط الجوي، حيث يتم تحرير الشوائب الممتزة من قاع البرج، مما يستعيد قدرة الامتزاز. وتستخدم بعض الإعدادات المختارة جزءاً صغيراً من نيتروجين المنتج لعملية التطهير والتجديد، مما يحسن كفاءة الامتصاص.مبدأ العمليحدث التبديل بين البرجين كل 30 إلى 120 ثانية تحت تحكم نظام (PLC)، مما يضمن إمداداً مستمراً من النيتروجين دون انقطاع.

تـدعم تنقية النيتروجين الاختيارية متطلبات النقاء الفائق

بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب نقاء نيتروجين يتراوح بين 99.5% و 99.9995%، يتم دمج مراحل تنقية إضافية

• التنقية القائمة على الهيدروجين: باستخدام التفاعل 2O₂ + 2H₂ → 2H₂O، يتفاعل الأكسجين المتبقي لتكوين الماء بوساطة عامل حفاز (حفاز النيكل). وتتم إزالة الرطوبة المتولدة بواسطة وحدات التجفيف، مما ينتج نيتروجين بنقاء يصل إلى 99.999 بالمائة وهو مناسب لمعدلات تدفق تصل إلى 500 متر مكعب قياسي/ساعة.مبدأ العملالتنقية القائمة على الكربون: باستخدام التفاعل O₂ + C → CO₂ (or CO)، تساعد التنقية القائمة على الكربون بإزالة الأكسجين المتبقي من خلال التفاعل مع مواد ممتزة كربونية، تليها إزالة ثاني أكسيد الكربون. ويصل نقاء النيتروجين إلى 99.999 بالمائة دون إدخال الهيدروجين، مما يدعم التطبيقات الحساسة للهيدروجين، بما في ذلك تصنيع الإلكترونيات.

يـضمن تنظيم الضغط والتخزين استقرار مخرجات النيتروجين

• يـدخل النيتروجين المنتج إلى خزان تهدئة، حيث يتم تثبيت الضغط عند 0.1 إلى 0.65 ميجا باسكال من خلال صمامات تنظيم الضغط، مما يمنع تقلبات الضغط من التأثير على التطبيقات اللاحقة مثل القطع بالليزر وتعبئة المواد الغذائية.مبدأ العملتتضمن الإعدادات المختارة خزانات تخزين النيتروجين لتخزين الغاز خلال فترات الطلب المنخفض وتفريغه أثناء ذروة الاستهلاك، مما يدعم الطلب المتقطع على النيتروجين في المعالجة الكيميائية والتطبيقات المماثلة.

يساعد تسليم ومراقبة النيتروجين التحكم في النقاء في الوقت الفعلي

• يـتم تسليم النيتروجين المستقر إلى المحطات النهائية عبر خطوط الأنابيب، بما في ذلك محطات اللحام، وآلات التعبئة والتغليف، ووحدات الفصل الكروماتوغرافي (GC/LC).مبدأ العملتـعرض أجهزة المراقبة المباشرة، بما في ذلك محللات الأكسجين، ومقاييس نقطة الندى، ومقاييس التدفق، نقاء النيتروجين من 95 بالمائة إلى 99.9995 بالمائة، ومعدل التدفق، والضغط في الوقت الفعلي. وتعمل إنذارات صوتية ومرئية عندما ينحرف النقاء عن الحدود المحددة.