COMPRESSED GAS s.r.o. 
Dusík (N₂) je dnes nepostrádateľnou súčasťou desiatok priemyselných procesov – od balenia potravín, cez elektroniku, farmáciu až po strojárstvo. Firmy, ktoré ho doteraz odoberali vo fľašiach alebo cisternách, čoraz častejšie prechádzajú na vlastnú výrobu dusíka priamo v prevádzke. Je pravda že PSA technológia dokáže vyrobiť dusík zo vzduchu výrazne lacnejšie a spoľahlivejšie ako nákup externých dodávok?
V tomto článku si vysvetlíme, ako PSA generátory dusíka fungujú, koľko stoja na prevádzku, ako rýchlo sa vráti investícia a čo všetko potrebujete zvážiť pred jeho kúpou.
Čo je PSA technológia a ako funguje
PSA (Pressure Swing Adsorption – adsorpcia so zmenou tlaku alebo tlaková cyklická adsorpcia) je technológia, ktorá oddeľuje dusík od ostatných zložiek vzduchu pomocou špeciálneho materiálu – uhlíkového molekulového sita (CMS).
V prípade výroby N2 alebo O2 technológia využíva adsorpčné javy na odstránenie kontaminantov: N2, keď je požadovaný čistý plyn O2, alebo O2, keď je požadovaný čistý plyn N2. V obidvoch prípadoch sa odstránia aj H2O a CO2, ako aj ďalšie menšie znečisťujúce látky. Jednotka PSA obsahuje dve kolóny naplnené selektívnym adsorbentom, ktorý má afinitu k odstránenej zložke. Podrobný princíp fungovania technológie PSA nájdete tu.
Výsledkom je stabilný, kontinuálny zdroj dusíka priamo na mieste spotreby – bez nutnosti skladovania fliaš alebo objednávania dodávok.
Pozrite si krátke video, ako PSA generátor dusíka funguje v praxi:
Vo videu je prakticky zobrazené, ako nádoby (kolóny) generátora dusíka separujú dusík zo stlačeného vzduchu pomocou uhlíkového molekulového sita, ako prebieha automatické napúšťanie stlačeným vzduchom zospodu kolóny, ako je čistý dusík zachytávaný v hornej časti kolóny a ako funguje čistenie a predpríprava druhej kolóny na separáciu.
Pozor! Nekupujete si len generátor dusíka
Technológia na výrobu dusíka zo stlačeného vzduchu je kompletná technológia. Na fungovanie generátora dusíka je potrebné viacero komponentov a zariadení, ktoré zvyčajne nie sú súčasťou samotnej dodávky generátora. Pri plánovaní investície je preto dôležité počítať s celým systémom, nie len s jedným zariadením. Medzi nevyhnutnú súčasť technológie výroby dusíka zo stlačeného vzduchu patrí:
- Kompresor (skrutkový / piestový) – keďže generátor vyrába dusík separáciou zo stlačeného vzduchu, bez zdroja vzduchu nemôže fungovať. Je možné využiť aj Váš jestvujúci kompresor - ak má dostatočný výkon.
- Úprava stlačeného vzduchu – na vstupe do generátora je potrebné splniť určitú kvalitu vzduchu, konkrétne triedu 1:4:1 podľa normy ISO 8573-1 (obsah pevných častíc, tlakového rosného bodu a oleja). To si vyžaduje inštaláciu ďalších zariadení na úpravu stlačeného vzduchu (napr. sušičku a filtráciu), ktoré budú inštalované medzi kompresorom a generátorom.
- Tlakové nádoby (zásobníky) - ku každému PSA generátoru dusíka je potrebné inštalovať aj externé tlakové nádoby. Zvyčajne sa jedná o štandardné vertikálne (VSV) tlakové nádoby, ktoré sú vhodné pre stlačený vzduch a dusík. Ide najmä o tlakovú nádobu pre stlačený vzduch (vzdušník), aby generátor dusíka mal zásobu stlačeného vzduchu pre jeho cyklickú spotrebu. Veľmi podstatná je z hľadiska správneho fungovania generátora aj inštalácia zásobníka dusíka. Generátor dusíka bude pracovať aj bez zásobníka dusíka, avšak nebude schopný pokrývať okamžitú spotrebu a jeho chod bude z dôvodu rýchleho klesania a stúpania tlaku dusíka v sieti cyklický. K väčším generátorom dusíka je následne potrebné inštalovať aj tzv. backfill zásobník, ktorý slúži na akumuláciu a vyrovnanie tlaku dusíka pred jeho výstupom z generátora dusíka.
- Filtrácia a regulácia dusíka – pre zachovanie dusíka bez prachových nečistôt (z molekulového sita generátora) odporúčame inštalovať aj výstupnú prachovú filtráciu s následným regulovaním tlaku na požadovanú hodnotu.
Pri kúpe generátora dusíka je preto veľmi dôležité myslieť aj na náklady spojené s obstaraním týchto zariadení a ich následnou údržbou – nie len na cenu samotného generátora. Kompletný, správne navrhnutý systém bude fungovať plne automaticky, čím Vám ušetrí čas a náklady do budúcnosti.
Spotreba elektrickej energie generátora dusíka vs. spotreba elektrickej energie celej technológie
V marketingových materiáloch sa často zdôrazňuje, že samotný generátor dusíka má minimálnu spotrebu elektrickej energie – a je to pravda. PSA jednotka potrebuje elektrinu len na riadiacu jednotku a prepínacie ventily, čo je zanedbateľné množstvo.
Toto tvrdenie je však zavádzajúce, ak sa naň pozeráte izolovane. Skutočnú spotrebu energie celej technológie totiž určuje kompresor, ktorý vyrába stlačený vzduch potrebný na výrobu dusíka – nie generátor samotný. Kompresor je v drvivej väčšine prípadov najväčším spotrebiteľom elektriny v celom systéme výroby dusíka.
Reálna spotreba energie preto závisí najmä od:
- požadovanej čistoty dusíka - čím vyššia je požadovaná čistota, tým je vyšší pomer spotrebovaného vzduchu na vyrobený dusík, a teda aj nutnosť inštalovať väčší kompresor.
- požadovaného prietoku (Nm³/h) - znovu platí, že čím požadujete väčšie množstvo dusíka, tým je väčšie aj potrebné množstvo stlačeného vzduchu.
- účinnosti a správneho dimenzovania kompresora – poddimenzovaný alebo zle zvolený kompresor môže spotrebu výrazne zvýšiť (napríklad kompresor bez frekvenčného meniča pri cyklickej spotrebe dusíka)
Pri hodnotení spotreby el. energie generátora dusíka je preto dôležité pýtať sa nielen na spotrebu samotnej PSA jednotky, ale na spotrebu celého systému vrátane kompresora. Len tak získate reálny obraz o prevádzkových nákladoch
Výpočet návratnosti investície do generátora dusíka (ROI)
Aby ste vedeli reálne posúdiť, či sa Vám investícia do vlastného generátora dusíka oplatí, je potrebné porovnať súčasné náklady na zásobovanie dusíkom s predpokladanými nákladmi na prevádzku vlastného systému. Pripravili sme si vlastnú kalkulačku, ktorá tento výpočet robí presne na mieru Vašej prevádzky – tu si vysvetlíme, z čoho vychádza a čo všetko do nej vstupuje.
1. Súčasná spotreba a náklady na dusík
Základom je poznať Vašu reálnu spotrebu dusíka – nominálnu (m³/hod) aj priemernú ročnú, spolu s počtom pracovných dní a hodín, počas ktorých dusík reálne spotrebúvate. Od toho sa odvíja, koľko dusíka za rok skutočne potrebujete.
Na strane nákladov sa spočítava všetko, čo dnes za dusík platíte súčasnému dodávateľovi:
- cena za jednotku dusíka (€/m³),
- mesačný prenájom zásobníka alebo tlakových fliaš,
- prepravné náklady,
- náklady na údržbu,
- prípadné ďalšie mesačné poplatky spojené s dodávkou dusíka.
Z týchto položiek je možné vypočítať Váš súčasný priemerný náklad na jednotku dusíka a následne aj celkové ročné náklady na doterajšie riešenie – to je suma, s ktorou budeme porovnávať vlastnú výrobu.
2. Náklady na prevádzku vlastného generátora NITROGEN
Na strane nového systému vstupuje do výpočtu:
- výkon generátora – koľko m³ dusíka za hodinu dokáže vyrobiť,
- spotreba stlačeného vzduchu, ktorú si generátor pri výrobe vyžaduje,
- elektrický príkon potrebný na výrobu stlačeného vzduchu (kompresor),
- elektrický príkon booster kompresora, ak je pre Vašu aplikáciu potrebný vyšší výstupný tlak dusíka,
- aktuálna cena elektrickej energie (€/kWh),
- ročné náklady na údržbu celého systému NITROGEN.
Kombináciou spotreby elektriny (vzduch + booster) a ceny elektriny získame reálny náklad na výrobu jedného m³ dusíka vlastným systémom – presne to je číslo, ktoré ukazuje, koľko Vás dusík skutočne stojí, keď si ho vyrábate sami, vrátane kompresora. K tomu sa pripočítajú ročné náklady na údržbu, čím získame celkové ročné prevádzkové náklady vlastného systému.
3. Ročná úspora a návratnosť investície
Rozdielom medzi ročnými nákladmi na doterajšie zásobovanie a ročnými prevádzkovými nákladmi vlastného systému získame ročnú úsporu – teda koľko reálne ušetríte každý rok po prechode na vlastnú výrobu.
Návratnosť investície následne vyjadruje, za koľko rokov sa Vám táto ročná úspora vráti oproti počiatočnej investícii do nových N2 zariadení. Pri firmách s kontinuálnou spotrebou dusíka sa investícia bežne vracia v priebehu 1-3 rokov – presné číslo pre Vašu prevádzku Vám radi vypočítame na základe reálnych vstupných údajov.
Príklad z praxe
Jeden z našich zákazníkov, výrobca lekárskych kanýl, pred realizáciou zásoboval dusíkom každé svoje zariadenie samostatne – ku každému stroju bola pripojená vlastná tlaková fľaša. Takéto riešenie síce na prvý pohľad pôsobí jednoducho, v prevádzke však prinášalo značnú administratívnu a prevádzkovú záťaž:
- manuálna manipulácia s fľašami pri každej výmene,
- priebežné sledovanie stavu naplnenia pri každom jednotlivom zariadení,
- pravidelné objednávanie a nákup nových fliaš,
- neustále výpadky vo výrobe počas výmeny fliaš,
- opakovaná fakturácia za každé naplnenie,
- sledovanie a plánovanie stavu rezervných fliaš, aby nedošlo k výpadku výroby.
Riešením bola inštalácia generátora dusíka Sysadvance NITROGEN 120 vrátane kompletnej filtrácie a príslušenstva. Súčasťou realizácie bola aj dodávka a montáž rozvodu dusíka z nehrdzavejúcej ocele, ktorým sme pripojili na dusík 10 zariadení, každé s možnosťou prepínania medzi primárnym a záložným zdrojom.
Prínosom pre zákazníka preto nebola len úspora na samotnej cene dusíka, ale rovnako významná – a v tomto prípade možno ešte citeľnejšia – bola úspora času a odbremenenie od administratívy: obsluha už nemusí riešiť objednávky, faktúry za jednotlivé naplnenia ani priebežné sledovanie zásob naprieč desiatimi zariadeniami. Dusík jednoducho "tečie" z centrálneho zdroja tam, kde je potrebný, plne automaticky, s možnosťou prepnutia na záložný zdroj v prípade potreby.
Táto skúsenosť potvrdzuje, že pri hodnotení návratnosti investície do generátora dusíka je dôležité počítať nielen s priamou úsporou na cene plynu, ale aj s ušetreným časom a zjednodušením prevádzky, ktoré sa v tvrdých číslach ťažko vyjadrujú, no v reálnej prevádzke majú citeľnú hodnotu.
Pozrite si aj ďalšie naše referencie z oblasti výroby dusíka a stlačeného vzduchu.
Časté otázky (FAQ)
Aké sú servisné náklady na PSA generátor dusíka?
PSA generátory majú minimum pohyblivých alebo rotačných častí, preto sú servisné náklady samotnej jednotky nízke – bežne ide o pravidelnú výmenu filtrov, odfukových tlmičov a kontrolu ventilov. Výraznejšiu položku v servisných nákladoch tvorí skôr skrutkový kompresor, ktorý generátor zásobuje stlačeným vzduchom (výmena oleja, servisné sady, regulačné náhradné diely) – preto je dôležité počítať s údržbou celého systému, nie len generátora samotného.
Aká je životnosť PSA generátora dusíka?
Výrobca generátorov Sysadvance garantuje životnosť molekulárneho sita (hlavný komponent generátora) 12 rokov. Pri pravidelnej údržbe a zabezpečení správnej kvality stlačeného vzduchu je životnosť PSA generátora ešte vyššia (približne 15 rokov). Životnosť ostatných komponentov systému (kompresor, sušička, filtre) sa môže líšiť a zvyčajne si vyžadujú výmenu alebo generálnu opravu skôr ako samotný generátor.
Aké ďalšie náklady mi môžu vzniknúť pred alebo počas používania technológie?
Okrem samotného generátora je potrebné počítať s obstaraním kompresora, zariadení na úpravu stlačeného vzduchu (podľa normy ISO 8573-1), filtrácie dusíka a tlakového regulátora – tieto zariadenia zvyčajne nie sú súčasťou dodávky generátora (viac v sekcii vyššie). Počas prevádzky potom vznikajú priebežné náklady na elektrickú energiu (najmä kompresor) a na údržbu celého systému. Samostatnou položkou ešte môže byť aj vypracovanie projektovej dokumentácie pre technológiu výroby dusíka zo stlačeného vzduchu, úradné skúšky tlakových nádob a ich následné revízie.
Záver
Vlastná výroba dusíka zo stlačeného vzduchu pomocou PSA technológie je pre väčšinu firiem s pravidelnou spotrebou jednoznačne výhodnejšia než nákup externého dusíka. Nižšie náklady, nezávislosť od dodávateľa a jednoduchá prevádzka robia z PSA generátorov investíciu, ktorá sa v priemere vráti do niekoľkých rokov. Treba však počítať s tým, že ide o kompletný systém – nielen generátor samotný, ale aj kompresor, úpravu vzduchu, čím vzniká aj potreba vyhradeného priestoru na jeho umiestnenie.
Potrebujete poradiť s výberom správneho generátora dusíka pre vašu prevádzku?
Kontaktujte nás – pripravíme vám nezáväznú kalkuláciu na mieru.