เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนทำงานอย่างไร

อากาศที่เราหายใจประกอบด้วยก๊าซไนโตรเจนประมาณ 78% แต่จะมีการใช้ก๊าซไนโตรเจนที่ความบริสุทธิ์ระดับสูงกว่าอย่างหลากหลายในอุตสาหกรรมต่างๆ บริษัทที่มีความต้องการใช้ก๊าซไนโตรเจนสามารถได้รับประโยชน์จากการผลิตก๊าซไนโตรเจนเองในสถานประกอบการ

สนใจแอด LINE เพื่อติดต่อสอบถาม

คลิกเพื่อแอด LINE

5 กันยายน 2566

เวลาในการอ่านโดยประมาณ: 5 นาที

การผลิตก๊าซไนโตรเจนในสถานประกอบการ

ก๊าซไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่ช่วยให้ก๊าซออกซิเจนสามารถหล่อเลี้ยงชีวิตต่างๆ ในโลกของเรา แต่เนื่องจากมีคุณสมบัติที่หลากหลาย จึงทำให้เหมาะกับการใช้งานทางอุตสาหกรรมหลายประเภท ก๊าซไนโตรเจนจึงทำได้มากกว่า “เพียง” ให้เรามีชีวิตอยู่ คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของก๊าซไนโตรเจนก็คือ การเป็นก๊าซเฉื่อย ซึ่งหมายความว่าจะมีปฏิกิริยาตอบสนองต่อสารอื่นๆ ได้ช้า จึงเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องป้องกันไม่ให้มีการออกซิเดชันช้า (เช่น การกัดกร่อนแผงวงจรในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์) หรือการออกซิเดชันรวดเร็ว (เช่น การระเบิดหรือไฟไหม้) นอกจากนี้ก๊าซไนโตรเจนยังไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ทำให้เหมาะสำหรับใช้เป็นตัวกลางในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม ตัวอย่างเช่น เพื่อยืดวันหมดอายุของผลิตภัณฑ์อาหาร จึงไม่น่าแปลกใจเลยว่าหลายภาคส่วนจะมีความต้องการก๊าซไนโตรเจนอยู่เสมอ ตั้งแต่อุตสาหกรรมยานยนต์และเคมี ไปจนถึงการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำและการฉีดขึ้นรูป

ไนโตรเจน: ก๊าซที่มีปริมาณมากที่สุดในโลก

โชคดีที่มีก๊าซไนโตรเจนในปริมาณมาก ก๊าซไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบส่วนใหญ่ของอากาศที่เราหายใจ แต่นั่นไม่ได้หมายความว่า ก๊าซไนโตรเจนจะพร้อมสำหรับการนำมาใช้ในทุกภาคอุตสาหกรรมที่กล่าวมาข้างต้น รวมถึงอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกมาก บริษัทต่างๆ สามารถได้มาซึ่งก๊าซไนโตรเจนสามวิธี นั่นคือเช่าถังก๊าซไนโตรเจนในพื้นที่ปฏิบัติงาน จัดส่งก๊าซไปในถังแรงดันสูง หรือผลิตด้วยตนเอง ธุรกิจหลายแห่งจะตระหนักอย่างรวดเร็วว่าสองทางเลือกแรกซึ่งต้องพึ่งพาซัพพลายเออร์บุคคลที่สามไม่สะดวก ไม่มีประสิทธิภาพ และมีค่าใช้จ่ายสูง โชคดีที่มีวิธีผลิตก๊าซไนโตรเจนของตนเองได้ และควบคุมปริมาณความบริสุทธิ์และแรงดันในการใช้งานต่างๆ และรับประกันว่าบริษัทจะมีก๊าซไนโตรเจนที่พร้อมใช้งานตลอดเวลา

ดังนั้นการผลิตก๊าซไนโตรเจนในสถานประกอบการจะช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในการผลิต และเนื่องจากไม่ต้องข้องเกี่ยวกับซัพพลายเออร์บุคคลที่สาม วิธีนี้จึงขจัดปัญหาของกระบวนการสั่งซื้อ การเติม และค่าใช้จ่ายในการจัดส่งที่เกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลา รวมทั้งช่วยให้มีพื้นที่ว่างจากการจัดเก็บถังก๊าซไนโตรเจนเหลวอีกด้วย

เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนทำงานอย่างไร

เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนมีหลักการทำงานพื้นฐานคือ เครื่องจะแยกโมเลกุลของก๊าซไนโตรเจนออกจากโมเลกุลของก๊าซออกซิเจนภายในอากาศอัด ทำให้ได้ก๊าซไนโตรเจนบริสุทธิ์ สามารถผลิตก๊าซไนโตรเจนได้ด้วยการเชื่อมต่อเครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนระบบเมมเบรนหรือเครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจน PSA (การดูดซับแบบสลับความดัน) กับเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลม การเลือกเทคโนโลยีที่จะใช้นั้นขึ้นอยู่กับคุณภาพก๊าซไนโตรเจนที่คุณต้องการ ตัวอย่างเช่น หากคุณเพียงต้องการเติมลมยาง หรือใช้ก๊าซไนโตรเจนเพื่อป้องกัน/ดับไฟ ก๊าซไนโตรเจนที่ระดับความบริสุทธิ์ต่ำ 90-99% และเครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนระบบเมมเบรนก็เพียงพอแล้ว อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องใช้เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจน PSA ถ้าต้องการความบริสุทธิ์สูงที่ 99.999% หรือ 10 PPM (ส่วนต่อล้าน) และสูงกว่านั้น เช่น ในอุตสาหกรรมอาหารหรือการหล่อพลาสติก

นอกจากจะช่วยให้บริษัทต่างๆ สามารถควบคุมปริมาณ แรงดันและระดับความบริสุทธิ์ของก๊าซไนโตรเจนที่ต้องการผลิตแล้ว การผลิตก๊าซยังมีประโยชน์อื่นๆ นั่นคือการไม่ต้องแบกรับความผันผวนของราคาในตลาดอีกต่อไป ประหยัดค่าขนส่ง และป้องกันความล่าช้า นอกจากนี้ ธุรกิจที่ผลิตก๊าซไนโตรเจนของตนเองจะไม่ต้องเผชิญกับอันตรายที่มาพร้อมกับการจัดการกระบอกสูบแรงดันสูง อีกทั้งยังไม่เกิดขยะจากการสูญเสียจากการต้ม หรือการต้องส่งคืนถังแรงดันสูงที่ไม่สามารถใช้ก๊าซได้จนหมด ในระยะยาวแล้ว จะสามารถคืนทุนจากการลงทุนครั้งแรกเพื่อซื้อเครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจน จากค่าใช้จ่ายการใช้งานที่ลดลงอย่างมาก เทียบกับการรับก๊าซไนโตรเจนจากบุคคลที่สาม

ดูวิดีโอนี้เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับก๊าซไนโตรเจน

เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนระบบเมมเบรน

เทคโนโลยีนี้แยกอากาศออกเป็นก๊าซส่วนประกอบโดยส่งอากาศอัดผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ซึ่งประกอบด้วยการรวมกลุ่มของเส้นใยกลวงแต่ละอัน ซึ่งแต่ละเส้นมีขนาดเล็กมาก มีภาพตัดขวางเป็นวงกลมสมบูรณ์ และมีรูอย่างสม่ำเสมอตรงกลาง จะปล่อยอากาศอัดเข้าสู่เส้นใยที่ปลายด้านหนึ่งของโมดูล และสัมผัสกับเมมเบรน ในขณะที่ไหลผ่านรูของเส้นใย ออกซิเจน ไอน้ำ และก๊าซที่หลงเหลืออื่นๆ จะซึมผ่านเส้นใยเมมเบรนได้ง่ายและถูกปล่อยออกมา แต่ก๊าซไนโตรเจนจะอยู่ภายในเมมเบรน และไหลผ่านพอร์ตขาออก เนื่องจากไอน้ำจะซึมผ่านเมมเบรนกระแสก๊าซไนโตรเจนจึงแห้งมาก และมีจุดควบแน่นที่ต่ำถึง -50°C (-58°F)

เทคโนโลยีเมมเบรนนั้นเรียบง่ายและมีประสิทธิภาพ ยูนิตอเนกประสงค์ขนาดกะทัดรัดที่ต้องการการบำรุงรักษาน้อยมาก และไม่มีค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการไหลของก๊าซไนโตรเจนที่ค่อนข้างต่ำและมีระดับความบริสุทธิ์ไม่เกิน 99% เทคโนโลยีเมมเบรนมีการลงทุนเริ่มต้นต่ำกว่าเทคโนโลยีการไหลสูง/ความบริสุทธิ์สูง เช่น การดูดซับแบบสลับความดัน (PSA)

เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนแบบการดูดซับแบบสลับความดัน (PSA)

ภาพแสดงการใช้งานเครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนในโรงงาน

การดูดซับคือกระบวนการที่อะตอม ไอออน หรือโมเลกุลจากสาร (ในกรณีนี้คืออากาศอัด) ยึดติดกับพื้นผิวของตัวดูดซับ เครื่องผลิต PSA จะแยกก๊าซไนโตรเจน และก๊าซอื่นๆ ในกระแสอากาศอัด (ก๊าซออกซิเจน CO₂ และไอน้ำ) จะถูกดูดซับ เหลือไว้แต่ก๊าซไนโตรเจนบริสุทธิ์ PSA จะดักจับออกซิเจนจากกระแสอากาศอัดเมื่อโมเลกุลเชื่อมต่อกับตัวกรองคาร์บอนในเชิงโมเลกุล ซึ่งจะเกิดขึ้นในถังแรงดันสองถังแยกกัน (หอ A และหอ B) ซึ่งแต่ละถังมีตัวกรองคาร์บอนในเชิงโมเลกุลที่สลับระหว่างกระบวนการแยกและกระบวนการปรับสภาพ

อากาศอัดที่แห้งและสะอาดจะเข้าสู่หอ A เนื่องจากโมเลกุลของก๊าซออกซิเจนมีขนาดเล็กกว่าโมเลกุลของก๊าซไนโตรเจน ก๊าซออกซิเจนจึงผ่านรูต่างๆ ของตัวกรอง โมเลกุลของก๊าซไนโตรเจนไม่สามารถผ่านรู จึงข้ามตัวกรองออกไป ทำให้เกิดก๊าซไนโตรเจนในระดับความบริสุทธิ์ที่ต้องการ ขั้นตอนนี้เรียกว่าขั้นตอนดูดซับหรือการแยก ก๊าซไนโตรเจนส่วนใหญ่ที่ผลิตในหอ A จะออกจากระบบ พร้อมสำหรับการใช้งานหรือการจัดเก็บโดยตรง

จากนั้นก๊าซไนโตรเจนที่เกิดขึ้นบางส่วนจะไหลเข้าไปในหอคอย B ในทิศทางตรงกันข้าม การไหลนี้จะดันก๊าซออกซิเจนที่ถูกดักในขั้นตอนการดูดซับของหอ B ก่อนหน้านี้ โดยการปล่อยแรงดันในหอ B ตัวกรองคาร์บอนในเชิงโมเลกุลจะสูญเสียความสามารถในการรักษาโมเลกุลของก๊าซออกซิเจน ซึ่งจะถูกถอดออกจากตัวกรองและถูกพัดพาไปโดยการไหลของก๊าซไนโตรเจนขนาดเล็กที่มาจากหอ A กระบวนการ ‘ทำความสะอาด’ นี้ทำให้มีพื้นที่สำหรับโมเลกุลของก๊าซออกซิเจนใหม่ที่ยึดติดเข้ากับตัวกรองในขั้นตอนการดูดซับถัดไป

เทคโนโลยี PSA ช่วยให้ก๊าซไนโตรเจนไหลในความจุสูงอย่างต่อเนื่อง ในการใช้งานที่ต้องการความบริสุทธิ์สูงถึง 99.999% เครื่องผลิต PSA ต้องการการลงทุนครั้งแรกสูงกว่าเครื่องผลิตระบบเมมเบรน แต่มีข้อดีคือการไหล และระดับความบริสุทธิ์ที่สูงกว่า ซึ่งเป็นที่ต้องการของบางอุตสาหกรรมและการใช้งาน

ติดต่อผู้เชี่ยวชาญระบบอากาศเพื่อช่วยหาโซลูชันการผลิตก๊าซไนโตรเจนในสถานประกอบการที่ดีที่สุด