Azot; düşük reaktivitesi nedeniyle kimya ve petrokimya endüstrisinde yaygın kullanılan bir proses gazıdır.
Başlıca uygulamalar:
Kimya tesislerinde azot; ekipman içerisindeki oksijen, nem veya istenmeyen proses gazlarını azaltmak ve daha kontrollü bir inert atmosfer oluşturmak amacıyla kullanılır. PSA jeneratörleri bu azotu doğrudan tesiste üretebilir.
Tank blanketing, bir depolama tankının ürün üst boşluğunda kontrollü bir azot atmosferi oluşturulmasıdır.
Temel amaç tank içerisinde düşük ve kontrollü bir pozitif basınç sağlamaktır.
Bu uygulama özellikle:
için değerlendirilebilir.
Blanketing sistemi genellikle atmosferik havanın tank içerisine kontrolsüz girişini azaltmaya yardımcı olur.
Doğru tasarlanmış bir blanketing sistemi:
Ancak tank blanketing, tek başına bir güvenlik sistemi olarak değerlendirilmemelidir.
Tank tasarımı;
blanketing + breathing/venting + basınç/vakum koruması + proses emniyeti
birlikte değerlendirilmelidir.
Inerting, bir ekipman veya proses hacmindeki oksijen konsantrasyonunun kontrollü olarak düşürülmesi işlemidir.
Amaç çoğu zaman:
O₂ seviyesini proses için belirlenmiş güvenli limitin altında tutmaktır.
Bu güvenli limit sabit değildir.
Şunlara göre değişir:
Bu nedenle “inerting için her zaman %X O₂ gerekir” şeklinde tek bir değer vermek teknik olarak doğru değildir.
Hedef oksijen seviyesi proses güvenliği ekibi tarafından ilgili madde ve proses koşullarına göre belirlenmelidir.
Purging, ekipman veya boru hattı içerisindeki mevcut gaz atmosferinin başka bir gazla yer değiştirilmesidir.
Kimya tesislerinde N₂ purging:
kullanılabilir.
Purging uygulamasının amacı prosese göre:
olabilir.
| Uygulama | Temel Amaç | Çalışma Şekli |
|---|---|---|
| Blanketing | Tank üst boşluğunu N₂ altında tutmak | Sürekli / talebe göre |
| Inerting | O₂ seviyesini güvenli limite indirmek | Başlangıç veya sürekli kontrol |
| Purging | Mevcut gazı başka gazla yer değiştirmek | Genellikle geçici işlem |
| Pressurization | Ekipmana N₂ basıncı uygulamak | Proses gereksinimine göre |
| Padding | Ürün üzerinde inert gaz basıncı tutmak | Depolama / transfer |
Bu ayrım jeneratör kapasitesini doğrudan etkiler.
Tipik sistem:
Atmosferik Hava
→ Hava Kompresörü
→ Hava Tankı
→ Kurutucu
→ Hassas Filtrasyon
→ PSA Azot Jeneratörü
→ Azot Tankı
→ Saflık Analizi
→ Tesis N₂ Ring Hattı
→ Blanketing / Inerting / Purging Noktaları
şeklindedir.
PSA sistemlerinde:
CMS – Carbon Molecular Sieve / Karbon Moleküler Elek
kullanılır.
CMS, basınçlı havadaki oksijeni azota göre daha hızlı adsorbe ederek N₂ bakımından zengin ürün gazı oluşturur.
Tek bir doğru değer yoktur.
Prosese bağlı olarak yaklaşık:
%95 N₂'den %99,999+ N₂'ye
kadar farklı saflık seviyeleri gerekebilir.
Önemli olan jeneratör datasheet'indeki N₂ yüzdesi değil, prosesin izin verdiği:
rezidüel O₂ seviyesi
olabilir.
Örneğin bazı blanketing proseslerinde nispeten düşük N₂ saflığı yeterli olabilirken, hassas reaktör veya özel kimyasal uygulamalarında ppm seviyesinde O₂ limiti gerekebilir.
N₂ Saflığı ↑
→ Azot Geri Kazanımı ↓
→ Basınçlı Hava İhtiyacı ↑
→ Enerji Tüketimi ↑
→ Nm³ N₂ Maliyeti ↑
Bu nedenle gereğinden yüksek saflık üretmek ekonomik değildir.
Tank blanketing tüketimi yalnızca tank hacmine göre hesaplanmamalıdır.
Başlıca bileşenler:
Tanktan ürün çekildikçe boşalan hacmin N₂ ile karşılanması gerekir.
Örneğin ürün çıkış debisi:
20 m³/h
ise ilk yaklaşımda blanketing gazı ihtiyacının önemli kısmı bu hacim değişimiyle ilişkilidir.
Tank ve ürün sıcaklığının düşmesi nedeniyle gaz fazı büzülebilir.
Bu durumda ilave N₂ girişi gerekebilir.
Normalde 10 m³/h çalışan proses kısa süreli:
30 m³/h
transfer yapıyorsa jeneratör ve buffer tankı bu pik talebi yönetebilmelidir.
Tüm tankların maksimum tüketimleri her zaman aynı anda gerçekleşmeyebilir.
Bu nedenle:
simultaneity / diversity factor
proje bazında değerlendirilmelidir.
Bir tank veya ekipman inert edilirken hedef, başlangıç O₂ seviyesinden proses için tanımlanmış daha düşük bir O₂ seviyesine ulaşmaktır.
İhtiyaç;
ile değişir.
İdeal tam karışım varsayımında, hedef konsantrasyon düştükçe gerekli N₂ hacmi doğrusal değil, logaritmik olarak artar.
Bu nedenle:
“Tank 100 m³ ise 100 m³ azot yeterlidir.”
yaklaşımı doğru değildir.
Gerçek gaz miktarı mühendislik hesabıyla belirlenmelidir.
Endüstride temel olarak birkaç farklı yaklaşım kullanılabilir.
Azot, mevcut gazı mümkün olduğunca piston etkisiyle ekipmandan dışarı iter.
Azot mevcut gazla karışır ve karışım vent edilerek konsantrasyon kademeli olarak düşürülür.
Ekipman N₂ ile basınçlandırılır, ardından kontrollü olarak depressurize edilir.
Bu çevrim gerektiği kadar tekrar edilebilir.
Hangi yöntemin seçileceği;
bağlıdır.
Sadece ortalama tüketim üzerinden seçim yapılması risklidir.
Örneğin tesisin normal blanketing tüketimi:
80 Nm³/h
ancak aynı anda üç ekipmanın purging'e girmesiyle pik:
220 Nm³/h
olabilir.
Bu durumda üç çözüm değerlendirilebilir:
En ekonomik çözüm genellikle proses tüketim profilinin modellenmesiyle bulunur.
N₂ receiver;
yardımcı olabilir.
Bu nedenle:
PSA kapasitesi + receiver hacmi
birlikte optimize edilmelidir.
Blanketing için gereken basınç ile ana N₂ ring hattı basıncı aynı olmayabilir.
Örneğin:
PSA → N₂ Receiver → Ring Main → Pressure Regulator → Tank
mimarisi kullanılabilir.
Böylece merkezi sistem daha yüksek basınçta çalışırken her tankta uygun düşük blanketing basıncı sağlanabilir.
Gereksiz yüksek basınç ise:
Enerji Tüketimi ↑
Kompresör Gücü ↑
OPEX ↑
anlamına gelir.
Kimya ve petrokimya uygulamalarında yalnızca N₂ debisi değil:
N₂ Purity / Residual O₂
de izlenmelidir.
Online analizör sayesinde sistem:
fonksiyonlarını gerçekleştirebilir.
Kritik uygulamalarda analizör mimarisi proses risk analizine göre yedekli olarak da değerlendirilebilir.
Bazı kimyasal proseslerde nem:
Bu nedenle yalnızca N₂ saflığı değil:
Pressure Dew Point
gereksinimi de RFQ'da belirtilmelidir.
Örneğin prosesin:
-40 °C PDP
veya daha kuru gaz gereksinimi varsa hava şartlandırma sistemi buna göre seçilmelidir.
Kimya ve petrokimya tesislerinde saha sınıflandırmasına bağlı olarak:
gerekebilir.
PSA jeneratörü tehlikeli saha içinde kurulacaksa elektrik ve mekanik ekipman seçimi tesisin zone classification'ına göre yapılmalıdır.
Alternatif olarak PSA tesisi güvenli alanda konumlandırılıp N₂ ring hattı proses sahasına taşınabilir.
Kimya ve petrokimya tesislerinde yüksek N₂ tüketiminde sıvı azot yaygın bir alternatiftir.
Ancak gerçek maliyet:
**Azot
üzerinden değerlendirilmelidir.
PSA'da temel OPEX:
Elektrik + Bakım + Filtre/Sarf
şeklindedir.
| Kriter | PSA Yerinde N₂ | Sıvı Azot – LIN |
|---|---|---|
| N₂ kaynağı | Atmosferik hava | Harici üretici |
| Üretim | Tesiste | Harici |
| Tanker bağımlılığı | Düşük | Yüksek |
| Ana OPEX | Enerji + bakım | Gaz + lojistik |
| Saflık | Prosese göre optimize edilir | Çok yüksek |
| Tedarik kontrolü | İşletmede | Tedarikçide |
| Sürekli tüketim | Çok uygun | Uygun |
| Pik tüketim | Tank ile yönetilebilir | Depodan karşılanır |
| Lojistik riski | Düşük | Daha yüksek |
Yıllık N₂ Tüketimi × Teslim N₂ Fiyatı
artı:
Elektrik + Kompresör Bakımı + PSA Bakımı + Filtre/Sarf
Mevcut N₂ Maliyeti – PSA OPEX
Toplam PSA CAPEX / Yıllık Net Tasarruf
Sürekli blanketing yapan ve 24/7 çalışan tesislerde yıllık kullanım oranının yüksek olması PSA ekonomisini güçlendirebilir.
Bu veriler ile:
**PSA Kapasitesi
hesaplanabilir.
Tank üst boşluğunda kontrollü N₂ atmosferi oluşturularak havanın ve oksijenin kontrolsüz girişinin azaltılmasıdır.
Hayır. Inerting genellikle O₂ konsantrasyonunu belirli bir hedefe düşürme işlemidir; blanketing ise bu inert atmosferin depolama sırasında korunmasına yönelik sürekli veya talebe bağlı N₂ beslemesidir.
Ekipman veya boru hattındaki mevcut gaz atmosferinin azot gibi başka bir gazla kontrollü olarak değiştirilmesidir.
Tank hacmi tek başına yeterli değildir. Maksimum sıvı çıkış debisi, termal inbreathing, pik tüketim ve simultane tank talepleri birlikte hesaplanmalıdır.
Prosese bağlıdır. Gereksiz yüksek saflık enerji maliyetini artırabilir. Esas kriter çoğu zaman izin verilen maksimum O₂ seviyesidir.
Endüstriyel PSA sistemleri uygun kapasite, hava şartlandırma, depolama ve bakım yaklaşımıyla sürekli çalışmaya göre tasarlanabilir.
Yüksek ve sürekli tüketimlerde güçlü bir ekonomik alternatif olabilir. Kesin sonuç proje bazlı TCO ve ROI hesabıyla belirlenmelidir.
Mentis Engineering'de kimya tesisi N₂ ihtiyacını yalnızca jeneratör seçimi olarak ele almıyoruz.
Komple sistem:
**Hava Kompresörü
olarak değerlendirilmelidir.
Hedefimiz:
en yüksek saflık veya en büyük jeneratör
değil;
prosesin ihtiyaç duyduğu N₂ debisini, O₂ limitini, basıncı ve dew point'i optimum TCO ile sağlamaktır.
Tesisinizdeki:
paylaşın.
Mentis Engineering ekibi:
PSA kapasitesi + kompresör ihtiyacı + buffer tankı + enerji tüketimi + Nm³ N₂ maliyeti + CAPEX/OPEX + ROI
analizini gerçekleştirsin.
Mentis Engineering – On-Site Nitrogen for Chemical & Petrochemical Plants
