Principio de generación de nitrógeno PSA
Los tamices moleculares de carbono son capaces de absorber simultáneamente oxígeno y nitrógeno del aire; además, su capacidad de adsorción aumenta a medida que aumenta la presión. Sin embargo, a cualquier presión dada, no existe una diferencia significativa entre las capacidades de adsorción en equilibrio de oxígeno y nitrógeno. En consecuencia, es difícil lograr una separación eficaz de oxígeno y nitrógeno basándose únicamente en variaciones de presión. Sin embargo, al tener en cuenta la cinética de adsorción-específicamente, la tasa de adsorción-, se pueden diferenciar eficazmente las características de adsorción del oxígeno y el nitrógeno. Las moléculas de oxígeno tienen un diámetro menor que las moléculas de nitrógeno; en consecuencia, su velocidad de difusión es varios cientos de veces más rápida que la del nitrógeno. Como resultado, los tamices moleculares de carbono adsorben oxígeno muy rápidamente, alcanzando más del 90% de su capacidad de adsorción en aproximadamente un minuto. En este mismo momento, la absorción de adsorción de nitrógeno es sólo de alrededor del 5%. Por lo tanto, la sustancia adsorbida durante este breve intervalo consiste predominantemente en oxígeno, mientras que el gas restante-la porción no adsorbida-consiste predominantemente en nitrógeno. Así, limitando la duración de la adsorción a menos de un minuto, se puede conseguir una separación preliminar de oxígeno y nitrógeno. En esencia, los procesos de adsorción y desorción están impulsados por diferenciales de presión.-La adsorción ocurre cuando la presión aumenta y la desorción ocurre cuando la presión disminuye. Sin embargo, la diferenciación real entre oxígeno y nitrógeno depende de la disparidad en sus tasas de adsorción y se logra controlando con precisión la duración de la adsorción; manteniendo esta duración muy breve, el oxígeno se adsorbe completamente, mientras que el proceso de adsorción se detiene antes de que el nitrógeno haya tenido tiempo suficiente para ser adsorbido.
Principio de separación criogénica de aire para la generación de nitrógeno
Los sistemas criogénicos de generación de nitrógeno son capaces de producir no sólo nitrógeno gaseoso sino también nitrógeno líquido, satisfaciendo así los requisitos del proceso que requieren específicamente nitrógeno líquido. Además, el nitrógeno líquido producido se puede almacenar en tanques de almacenamiento específicos. En casos de demanda intermitente de nitrógeno o durante un mantenimiento menor de la unidad de separación de aire, el nitrógeno líquido almacenado en estos tanques puede dirigirse a un vaporizador, calentarse y luego alimentarse a la tubería de nitrógeno producto para satisfacer los requisitos de nitrógeno de la instalación de proceso posterior. El ciclo operativo de una planta criogénica de generación de nitrógeno (definido como el intervalo entre dos ciclos principales de calentamiento-) suele durar más de un año; en consecuencia, generalmente se considera innecesario proporcionar una unidad de respaldo dedicada para los sistemas criogénicos. Por el contrario, los sistemas de adsorción por cambio de presión (PSA) son capaces de producir únicamente nitrógeno gaseoso y carecen de dichas capacidades de respaldo; por lo tanto, una sola unidad PSA no puede garantizar un funcionamiento continuo a largo plazo-sin interrupción.
Principio de separación de aire por membrana para la generación de nitrógeno
Después de ser comprimido y filtrado, el aire ingresa a una unidad de separación de membrana polimérica. Debido a que varios gases poseen diferentes solubilidades y coeficientes de difusión dentro del material de la membrana, exhiben diferentes velocidades de permeación relativa a medida que pasan a través de la membrana. Según esta característica, los gases se pueden clasificar en términos generales en dos grupos: "gases rápidos" y "gases lentos". Cuando una mezcla de gases se somete a un diferencial de presión a través de una membrana, gases con tasas de permeación relativamente rápidas-como agua, hidrógeno, helio, sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono-pasan a través de la membrana y se enriquecen en el lado del permeado. Por el contrario, los gases con tasas de permeación relativamente más lentas-como metano, nitrógeno, monóxido de carbono y argón-se retienen y enriquecen en el lado retenido de la membrana, logrando así la separación de la mezcla de gases.