PSA คืออะไร และ ทำไมเครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนถึงใช้ในอุตสาหกรรม

PSA คืออะไร และ ทำไมเครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนถึงใช้ในอุตสาหกรรม

เคยสงสัยกันไหมทำไม เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจนส่วนมาก เรามักจะต้องพบเจอกับเครื่องที่มีระบบ PSA นี้อยู่นั้นก็ เพราะว่า ระบบ PSA สามารถกรองเพื่อการผลิตก๊าซไนโตรเจนที่มีค่าความบริสุทธิ์ที่สูงมาก และยังช่วยประหยัดต้นทุนต่างๆได้อีกมากมาย

PSA หรือ Pressure Swing Adsorption คืออะไร

เทคโนโลยี PSA ที่เรามักพบเห็นได้บ่อยในเครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจน คือ เทคโลโนยีระบบการผลิตก๊าซไนโตรเจน ให้มีความเข้มข้นที่สูง และสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง ด้วยกระบวนการของการแยกและกลั่นแก๊สผ่านการดูดซับ Adsorption และ การคายการดูดซับ Desorption และสลับความดันของก๊าซไนโตรเจน

หรือหากเราขยายความออกมาให้เข้าใจง่ายขึ้น PSA nitrogen generator คือการทำงานด้วยการสลับความดันของสองถัง ที่มีส่วนประกอบของการดูดซับและคายการดูดซับ Adsorbents (ตัวดูดซับในถัง) 

ทำไมเราถึงเจอ PSA บ่อยๆ ในเครื่องผลิตไนโตรเจน

โดยในเครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจน มักจะมีการกรองและการทำให้ก๊าซบริสุทธ์ จะมีอยู่ด้วยกันสองประเภทหลักๆ ในก็คือกระบวนการ PSA และ กระบวนการกรอง Membrane

โดยส่วนมากเราจะพบเห็น PSA กันเป็นหลักนั้นก็เพราะว่า กระบวนการ PSA จะทำให้เราได้ค่าบริสุทธ์ของก๊าซไนโตรเจนออกมาได้ดี และสามารได้ค่า Purity ที่สูงถึง 99.9999% (1ppm) และใช้งานได้อย่างต่อเนื่อง และมีความสเถียรที่ดีมากกว่า   

เครื่องผลิตไนโตรเจน หลักการทำงานของระบบ PSA

หลักการการทำงานของ PSA

ระยะแรก กระบวนการดูดซับ (Adsorption Phase)

โดยในขั้นตอนแรกนั้น ในระยะแรกของกระบวนการดูดซับ (Adsorption Phase) อากาศจะถูกอัดและบรรจุลงถัง A ที่มี Carbon Molecular Sieve (CMS) ซึ่งเป็นวัสดุที่มีรูพรุนและจะทำหน้าที่ในการการดูดซับก๊าซไนโตรเจน และจะกรอง Oxygen โมเลกุลออก ผ่าน CMS เพราะ CMS มีขนาดโมเลกุลเล็กกว่า Oxygen จึงทำให้เราสามารถคัดได้เฉพาะ Nitrogen ออกมา

ระยะที่สอง กระบวนการสร้าง (Regenerate Phase)

โดยในขั้นตอน ของการสร้างใหม่ (Regenerate) ถัง B จะทำการสร้างก๊าซใหม่ขึ้นมาใหม่ (Regenerates) และสลับกันไปมา เพราะในกระบวนการแรก หลังจากกรอง Oxygen แล้วจะมีการปล่อยก๊าซออกมา จึงทำให้ความดันโดยรวมตก ดังนั่นจึงต้องมีการสร้างใหม่เพื่อมาทดแทนความดันที่ตกลงไป

ระยะที่สอง กระบวนการทำซ้ำ (Repetition Phase)

หลังจากนั้น กระบวนนี้จะถูกทำซ้ำไปเรื่อย สลับระหว่างถัง A และ ถัง B เพราะหากไนโตรเจน ที่เคลื่อนที่ถูกถัง B ถัง B จะทำการสร้างใหม่อัตโนมัติ เพื่อเป็นการรักษาความดันให้สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง

กระบวนการ PSA นี้จำเป็นที่จะต้องมีการควบคุมอุณหภูมิให้คงที่ ในสภาวะแวดล้อมที่ปิด เราจึงมักเห็นเครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจน PSA ถูกติดตั้งในอาคาร หรือมีขนาดใหญ่ แต่ เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจน ระบบ PSA ของเรา มีขนาดที่เล็กและยังสามารถติดตั้งเครื่องไว้ภายนอกได้เช่นเดียวกัน และด้วยกระบวนการเทคโนโลยี PSA ทำให้สามารถผลิตก๊าซที่มีความเข้นข้น สูงถึง 95-99.9999% (1ppm) ได้ และเป็นการผลิตที่ลดต้นทุนได้ดีมาก และยังสามารถผลิตได้อย่างต่อเนื่อง และควบคุมค่าความบริสุทธิ์ Purity ได้ตามที่ต้องการ ในการจัดเก็บก๊าซไนโตรเจนเพื่อใช้สำรองก็ไม่มีความยุ่งยาก และต้นทุนก็ต่ำด้วยเช่นเดียวกัน

เครื่องผลิตไนโตรเจน PSA ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมไหนบ้าง

การใช้งานของเครื่องผลิตไนโตรเจน ถูกใช้งานกันอย่างแพร่หลาย ไปในหลายๆอุตสาหกรรม ในหลายๆที่แทบจะถูกปะปนอยู่ในชีวิตประจำวันของเรา จนเราคาดไม่ถึง เพราะคุณสมบัติของก๊าซไนโตรเจน

อย่างเช่นในอุตสาหกรรมอาหาร มีการใช้ก๊าซไนโตรเจน เพื่อป้องกันการ oxidant ป้องกันการเสื่อมสภาพต่างๆ (Deterioration Prevention) หรือยังเป็นการป้องกันการระเบิด ไฟไหม้ต่างๆ เพราะ Oxygen คือหนึ่งในก๊าซที่ทำให้เกิดการเผาไหม ดังนั่นหากถูกทดแทนด้วยก๊าซไนโตรเจน การเผาไหม้ก็จะไม่เกิดขึ้น และยังมีคุณสมบัติอีกมากมายที่อาจจะคาดไม่ถึงอีกด้วย 

แต่หากเราพูดถึงความอันตรายของก๊าซไนโตรเจน ในโลกของเรามีส่วนประกอบของก๊าซไนโตรเจนปะปนอยู่ในอากาศถึง 78% ดังนั่น หากเราไม่ได้อยู่สภาวะที่มีแต่ก๊าซไนโตรเจนหรือมากจนเกินไป ก็แทบจะไม่เป็นอันตรายอะไรเลย

เครื่องผลิตไนโตรเจน หลักการทำงานของระบบ PSA
เครื่องผลิตไนโตรเจน หลักการทำงานของระบบ Membrane

เครื่องผลิตไนโตรเจน PSA ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมไหนบ้าง

เราพอจะเข้าใจกันแล้วว่า PSA มีหลักการทำงานยังไง ซึ่ง Membrane ก็มีการทำงานที่คล้ายคลึงกับ PSA แต่ Membrane จะทำการกรองด้วยลักษณะคล้ายกับแผ่นกรองปกติและทำการกรองก๊าซอ็อกซิเจนออกไป เป็น Flow ของก๊าซไปทางเดียว ซึ่งแต่ต่างกับ PSA ที่จะสลับกันของถังกรองจนได้ค่าที่ต้องการ 

โดยข้อแตกต่างหลักๆจะถูกแบ่งออกเป็น 4 ประเภท

ค่าบริสุทธิ์ Purity ของก๊าซไนโตรเจน

ด้วยกระบวนการ PSA ทำให้ เครื่องผลิตก๊าซ สามารถผลิต Purity ที่สูงมากถึง 99.9991% ซึ่งแตกต่างกับกระบวนการ Membrane ที่อาจจะกรองได้เพียงครั้งเดียวจาก Flow การไหลของอากาศ

น้ำหนักและขนาดของตัวเครื่อง

เครื่องผลิต ที่มีการใช้ PSA จะมีขนาดที่ใหญ่และหนักกว่า เนื่องจาก ถัง, ระบบที่ถูกติดตั้งในตัวเครื่องมีจำนวนมากกว่า และระบบปรับความดันต่างๆ จึงทำให้มีขนาดและน้ำหนักที่มากกว่า Membrane แผ่นกรองจึงมักมีขนาดเล็กและน้ำหนักเบากว่า ยกเว้นบางเครื่องอย่าง ITKH ITNH เครื่องผลิตก๊าซไนโตรเจน ระบบ PSA ที่เครื่องมีขนาดเล็ก แต่มีกำลังผลิตที่สูงมากกว่า

เสียงขณะเครื่องทำงาน

เครื่องบางรุ่นของ PSA จะมีเสียงที่ดังมากกว่า ระบบ Membrane แต่ทั้งนี้ก็ไม่เสมอไป เพราะเครื่องบางรุ่น ก็จะมีเสียงรบกวนที่น้อยต่อให้เป็นระบบ PSA ก็ตาม

ระยะเวลาในการเริ่มทำงานของเครื่อง

ระบบ PSA จะมีระยะเวลาที่มากกว่า เนื่องจากระบบ ต้องมีการดูดซับ และคายตัว (Adsorbent) และปรับสมดุลความดันต่างๆ จนได้ค่าบริสุทธิ์ที่กำหนด ซึ่งจะใช้ระยะเวลามากกว่า แต่ใน Membrane ระบการกรองทางไหลของก๊าซจึงมีความรวดเร็วมากกว่า

การใช้งานของเครื่องผลิตไนโตรเจน

โดยส่วนมากแล้ว การใช้งาน จะถูกแบ่งออกไปอย่างชัดเจนเลยนั้นก็คือ PSA สำหรับการผลิตก๊าซที่มีความเข้มข้นสูง และ Membrane สำหรับการผลิตก๊าซที่ไม่ได้ต้องการให้มีความเข้มข้นสูงและใช้งานได้ไวมากขึ้นในกรณีต่างๆ โดยการใช้งานของ Membrane ที่ไม่ได้ต้องการความเข้มข้นสูง มักจะถูกในไปใช้ในกระบวนการทางน้ำต่างๆ น้ำมัน ก๊าซ หรือ ใช้ในอุตสาหกรรมเหมือง

การเลือกใช้เครื่องผลิตไนโตรเจนที่ดี เราจึงควรคำนึงถึงการใช้งานเป็นหลัก ความต้องการของค่าความบริสุทธิ์ จำนวนถังสำรอง จำนวนการใช้งานต่างๆ และแน่นอนอายุการใช้งานของเครื่องผลิตจไนโตรเจน เช่นเครื่อง ITKH-HP เครื่องผลิตไนโตรเจน ที่มีอายุการใช้งานถึง 2 ปี หรือเท่ากับการใช้งาน 20,000 ชั่วโมง และยังมีขนาดเล็กอีกด้วย ทั้งนี้อีกหนึ่งปัจจัยที่ควรคำนึงถึงนั้นก็คือ สภาวะแวดล้อมควบคุมที่เราจะติดตั้งเครื่อง เพราะจะมีทั้งเครื่องที่สามารถติดตั้งภายนอกได้ และเครื่องที่ต้องมีควบคุมอุณหภูมิพิเศษ

Picture of Koffaree S.

Koffaree S.

Digital marketing and Content designer of IKKI Thailand
ตลาดอุตสาหกรรม นับเป็นตลาดที่ใหญ่ที่สุดอันดับต้นๆของประเทศ และการเข้าใจตลาดของอุตสาหกรรม ในทัศนคติของตัวผมเอง ผมมองคำว่า User Experience หรือ ประสบการ์ณการใช้งานของผู้ใช้งาน เป็นหัวใจหลักของการเข้าถึงตลาดอุตสาหกรรม

ในทุกๆครั้ง คำถามมากมายที่ผมมักถามตัวผมเองก่อนเสมอ… สินค้าจะไปเพิ่มอะไรในโรงงาน คุณภาพการผลิตเพิ่มขึ้นไหม ระบบการทำงานจะมีการเปลี่ยนแปลงไหม ระบบการทำงานดีขึ้นไหม ผลตอบแทนที่ได้รับจากการลงทุน…
ซึ่งการตอบคำถามต่างๆเหล่านี้ อันดับแรก คือการมองเห็นศักยภาพของสินค้าของเรา หน้าที่เราจึงเป็นการที่เราจะต้องเข้าใจ ระบบการทำงานในโรงงานทั้งหมด ในสินค้าของเรา และการใช้งานของสินค้า เพื่อการมอบ User Experience ที่ยอดเยี่ยมให้กับลูกค้า