改良大气包装的现场氮气生成
在食品和饮料行业，从产品离开生产线的那一刻起，时钟就开始倒计时，直到该产品不再适合销售或消费。为了与时间斗争，改进的大气包装(MAP)技术被用来帮助保持产品的新鲜度和延长保质期。对于公司的包装需求来说，氮是最具成本效益、最高效和最广泛使用的工业解决方案，无论是用于制造奶酪、咖啡、干燥的零食，还是新鲜的即食食品。MAP还有助于减少污染或变质的机会，使产品在市场上停留更长的时间，最终增加分销范围(图1)。
图1:当使用适当的氮气纯度时，改性大气包装可以大大延长产品的保质期。
绝大多数的生产厂家都是通过批量交货来购买氮气的。然而，还有一个更好、更可持续的选择:为了实现自给自足，制造商可以通过现场氮气发生器生产自己的氮气。这不仅消除了与散装运输和存储相关的持续成本，而且还大大提高了安全性。
如果一家企业还没有生产自己的氮气，那么向工厂供应氮气的方式主要有三种:钢瓶、杜瓦瓶和散装液体罐。除了交付这些物资的成本外，每一种方法都有额外的成本和安全考虑。
供氮钢瓶
高压气瓶是大宗天然气供应中最昂贵的一种形式，使用高压气瓶有许多隐藏的成本。
- 安全:高压钢瓶如果被碰倒或操作不当是危险的。当它们被移至或移出仓库时，需要直接监督。即使是空的，钢瓶也很重，如果它们掉下来会造成伤害。此外，如果操作不当，更换高压管线可能是危险的，当管线没有正确固定时，打开它们可能会导致爆炸性结果。
- 氮废物:由于压力的不断下降和杂质的积累，从物理上讲，要把每一立方英尺的气体从钢瓶中取出是不可能的。因此，当一家企业将“空”气瓶返还给天然气公司时，他们实际上返还了大约10%的天然气。
- 产品损害/损失:如果操作人员没有监测天然气供应水平，并且在运行过程中忘记更换储气罐，那么产品可能会损坏或完全丢失。在没有氮气的情况下运行也会得到同样的结果。这是一个相当大的负担，通常需要额外的系统来监控。如果不这样做，可能会导致巨大的成本。
- 租赁费用:许多公司也可能支付汽缸或油箱的租金。企业应该意识到合同的存在，以避免额外的租金。
- 物流成本增加如果一家企业在偏远地区或天然气供应商的主要路线以外经营，他们可能会熟悉因供应不及时而造成的问题。它经常导致生产延迟或不得不完全拒绝新的业务。
杜瓦酒的缺点
另一种供应散装氮气的常见解决方案是将液体直接输送到设备。这种气体通常储存在杜瓦瓶中，杜瓦瓶是一种大型不锈钢容器，里面装有一定量的液氮。它们与气瓶有所有上述的问题，除了一个特别独特的问题:排气。由于液氮不断地被转化为气体，气体逸出是所有类型的气态液体存储中普遍存在的问题。因此，气体从杜瓦瓶中泄漏。因此，如果一家公司不经常使用他们的供应，它就会慢慢地被浪费掉。
供氮的散装储罐
虽然公司不必担心运营商的责任或工作场所的安全，但散装储罐有自己的一套隐性成本。
- 浓浓的:就像杜瓦瓶一样，排气也是坦克的一个主要问题。
- 安装/租金成本:散装储罐可能相当大(它们的平均高度为10至50英尺，占地25至100平方英尺)，必须安装在设施外，这意味着它们需要相当大的面积。此外，还有每月支付的设备租金和维修费。最后，根据公司的需求，可能会收取批量送货的费用。
- 长期合同:大宗供应商通常会将企业与多年合同捆绑在一起(平均为5至10年)，并会起诉企业提前退出，从而限制了企业找到更好交易或解决方案的能力。
切换到现场产氮
最终，从批量供应转向现场生产氮气的主要理由是投资回报。然而，这看起来相当复杂，因为天然气成本受许多变量的影响，这些变量可能因状态而异。执行成本分析演示了如何快速获得回报，并随后重新投资到业务中。虽然每个项目的范围将根据业务需求而变化，但图2中提供了一些一般业务可能涉及的批量供应成本的典型例子。
图2:尽管各个州的天然气成本不同，项目范围也不同，但该图表提供了从批量供应到现场生产氮气的典型roi。
如图2所示，运输、租金和危险品费用占年成本的很大一部分。此外，气体钢瓶或杜瓦瓶供应的前期费用不考虑任何与劳动力、存储和潜在的产品损耗有关的额外成本，当氮气供应耗尽。通过现场产氮，有机会将这些潜在损失重新用于运营改进，如建造更多的生产线，升级现有设备，甚至雇佣/培训员工。
揭开现场氮气发生器的神秘面纱
氮气发生器并不是什么新鲜事物:然而，制造业的普遍认识相当低，因此，现场氮气发生器还没有达到高水平的市场渗透。此外，所涉及的技术在最近几年有了显著的进步，而大多数关于产氮的观念已经过时了。
在食品饮料行业，主要采用变压吸附(PSA)制氮技术，其工作方式相对简单。每台发生器由碳分子筛(CMS)材料组成，包装在双压力容器中。压缩空气被送入这些容器，由于分子的大小，筛会吸附氧气，同时让氮气通过。当氧气在血管中积累时，通过压缩和减压的循环将其清除(因此，变压吸附)。
氮气发生器有各种形状和大小，但它们都需要压缩空气来运转。一个完全独立的系统包括一个空气压缩机，过滤和干燥系统，饲料进入氮发生器。然而，在这方面的投资可能是不必要的，因为发电机可以从现有的压缩空气系统运行。就流量而言，氮气产生系统包括一个发生器和一个缓冲槽。随着发电机的循环，缓冲槽确保氮气流量不会影响下游。
图3:独立的氮气生成系统包括空气压缩机、过滤和干燥系统，供氮气发生器使用。
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适当的压缩空气净化生成氮气
压缩空气质量对现场氮气发生器的正常运行至关重要。例如，Peak Industrial i-Flow nitrogen generator要求压缩空气符合ISO 8573-1:2010 Class 1.2.1规范(如图4所示)。这意味着在进入发生器之前，压缩空气必须经过两级过滤系统过滤，以去除几乎所有的微粒。与碳过滤器一起去除任何油蒸汽。本规范还要求用干燥剂干燥器将空气干燥至-40°F露点。只要有清洁、干燥的压缩空气提供给发电机，它就可以在没有监督的情况下有效地运行。然而，如果不满足这些规格，可能会导致设备寿命缩短和性能降低。
图4:Peak Industrial公司的现场氮气发生器需要满足ISO 8573-1:2010 1.2.1类规范的压缩空气。
关键氮气规格:流量、纯度和压力
为了开发一个商业用的氮气生成系统，需要三个规格点:流量、纯度和压力。简单地说，终端用户需要知道使用了多少氮气，需要的纯度是多少，以及下游所需的输送压力。
在食品和饮料行业，大多数应用是低压(低于100 psig，或接近大气压)，要求纯度水平介于99和99.99%之间(如图1所示)。包装设备将调节适合其自身操作的气体压力。纯度要求取决于产品类型(平均99.9%就足够了——纯度要求越高，所需压缩空气的数量就越多，从而增加成本)。流量也会根据设备和生产要求而变化。要确定需要什么，咨询包装设备制造商通常是最好的开始。
安装、基础设施和分布
氮气发生器厂家不同，安装空间和基础设施也不同。在过去，像双塔氮气发生器这样的设备需要超过20英尺的天花板，单是尺寸就会让公司放弃考虑这项技术。然而，随着时间的推移，单位的大小发生了巨大的变化。
Peak Industrial的i-Flow发电机高度在6英尺以下，采用模块化设计，这意味着它们可以使用额外的CMS柱进行扩展，或使用多个单元并行工作(图5)。这允许低成本和集成的灵活性增长，而无需对工作空间进行重大改变。此外，在大多数情况下，在基础设施或从发电机中分配氮气方面没有特殊要求(即它将使用现有的分配线路)，并且不需要公司规格以外的特殊材料。
图5:Peak Industrial i-Flow nitrogen generators是模块化的，一个系统可以使用多个单元并行工作。
为什么投资现场制氮是有意义的
本文所涉及的信息有助于证明，现场氮气发生器是为生产设施提供氮气的最具成本效益和可持续的方法。他们可以提供任何水平的流量，压力和纯度。虽然初始资本投资可能略高于批量交付，但投资将在6至18个月内收回成本(平均)。这样的投资不仅将持续的供应成本对公司底线的影响降到最低，而且还有助于采取措施实现自给自足。
更多信息，联系Peak Industrial，电话:1-866-647-1649，邮箱:marketing@peakindustrial.com,或者访问www.peakindustrial.com．
想了解更多关于产氮的信息，请访问m.ghtac.com/technology/air-treatment．
