Principios y características de los generadores de nitrógeno.

A generador de nitrógenoes un dispositivo que utiliza aire como materia prima y separa oxígeno y nitrógeno mediante métodos físicos para obtener gas nitrógeno. Según los diferentes métodos de separación, los generadores de nitrógeno industriales se pueden clasificar en tres tipos: separación criogénica de aire, separación de aire por tamiz molecular (PSA) y separación de aire por membrana.

El generador de nitrógeno está diseñado y fabricado basándose en la tecnología de adsorción por cambio de presión (PSA). Utiliza un tamiz molecular de carbono (CMS) importado de alta calidad como adsorbente y adopta el principio de adsorción por cambio de presión a temperatura normal para separar el nitrógeno del oxígeno en el aire, produciendo nitrógeno de alta pureza. Normalmente se conectan dos torres de adsorción en paralelo. Controladas por un sistema PLC importado, las válvulas neumáticas operan automáticamente para realizar alternativamente adsorción por presurización y regeneración por despresurización, completando la separación oxígeno-nitrógeno y obteniendo nitrógeno con la pureza requerida.

Principio de funcionamiento del generador de nitrógeno

Principio de generación de nitrógeno de adsorción por cambio de presión del PSA

El tamiz molecular de carbono puede absorber tanto oxígeno como nitrógeno en el aire. Su capacidad de adsorción aumenta al aumentar la presión. Bajo la misma presión, no existe una diferencia obvia entre la capacidad de adsorción en equilibrio de oxígeno y nitrógeno. Por lo tanto, es difícil lograr una separación eficaz de oxígeno y nitrógeno sólo mediante cambios de presión.

Al considerar la diferencia en la tasa de adsorción, se pueden distinguir eficazmente las características de adsorción del oxígeno y el nitrógeno. El diámetro molecular del oxígeno es menor que el del nitrógeno, por lo que su velocidad de difusión es cientos de veces más rápida que la del nitrógeno. Por lo tanto, el tamiz molecular de carbono absorbe oxígeno mucho más rápido. Después de aproximadamente un minuto de adsorción, se puede adsorber más del 90% del oxígeno, mientras que la cantidad de nitrógeno adsorbido es sólo aproximadamente el 5%.

En esta etapa, el gas adsorbido es principalmente oxígeno, mientras que el gas restante es principalmente nitrógeno. Controlando el tiempo de adsorción en un minuto, se pueden separar inicialmente el oxígeno y el nitrógeno. En otras palabras, la adsorción y la desorción se logran mediante diferencias de presión: la adsorción ocurre cuando la presión aumenta y la desorción ocurre cuando la presión disminuye.

La separación de oxígeno y nitrógeno depende de la diferencia en la velocidad de adsorción entre los dos gases. Al controlar el tiempo de adsorción, el oxígeno puede absorberse lo suficiente mientras que el nitrógeno tiene tiempo insuficiente para ser absorbido, y luego se detiene el proceso de adsorción para lograr una producción eficiente de nitrógeno.

Principio criogénico de generación de nitrógeno y separación de aire

La generación criogénica de nitrógeno puede producir no solo nitrógeno gaseoso sino también nitrógeno líquido, cumpliendo con los requisitos del proceso donde se requiere nitrógeno líquido. El nitrógeno líquido se puede almacenar en un tanque de almacenamiento de nitrógeno líquido. Cuando se interrumpe el suministro de nitrógeno o la unidad de separación de aire requiere mantenimiento, el nitrógeno líquido almacenado ingresa al vaporizador, se calienta y luego se suministra a la tubería de nitrógeno para satisfacer los requisitos de nitrógeno del equipo de proceso.

El ciclo operativo de la generación criogénica de nitrógeno (el intervalo entre dos operaciones importantes de calentamiento) es generalmente de más de un año. Por lo tanto, los equipos de respaldo generalmente no se consideran para los sistemas criogénicos de generación de nitrógeno. Sin embargo, los generadores de nitrógeno de PSA solo pueden producir gas nitrógeno sin capacidad de almacenamiento de respaldo, y una sola unidad no puede garantizar un funcionamiento continuo a largo plazo.

Principio de generación de nitrógeno de separación de aire por membrana

Después de ser comprimido y filtrado por un compresor de aire, el aire ingresa a un separador de membrana con alto contenido de polímero. Debido a las diferencias en la solubilidad y los coeficientes de difusión de varios gases en la membrana, diferentes gases tienen diferentes velocidades de permeación.

Según esta característica, los gases se pueden dividir en "gases rápidos" y "gases lentos".

Bajo la diferencia de presión entre ambos lados de la membrana, los gases con tasas de permeación más rápidas, como vapor de agua, hidrógeno, helio, sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono, pasan a través de la membrana y se enriquecen en el lado del permeado.

Mientras tanto, los gases con tasas de permeación más lentas, como metano, nitrógeno, monóxido de carbono y argón, se retienen y enriquecen en el lado de alimentación, logrando así la separación de los gases mezclados.

Características del equipo generador de nitrógeno

Cómodo y rápido

Con tecnología avanzada y un sistema de distribución de flujo de aire único, la distribución del flujo de gas es más uniforme, lo que permite la utilización eficiente del tamiz molecular de carbono. El nitrógeno calificado se puede producir en aproximadamente 20 minutos.

Operación fácil

El equipo presenta una estructura compacta y un diseño integrado montado sobre patines, lo que requiere menos espacio de instalación y ninguna inversión en construcción civil. Con una baja inversión inicial, los usuarios sólo necesitan conectar el suministro eléctrico en el sitio para iniciar la producción de nitrógeno.

Operación Económica

La tecnología PSA es un método de generación de nitrógeno sencillo y eficiente que utiliza aire como materia prima. Su consumo energético proviene principalmente de la electricidad consumida por el compresor de aire. Presenta bajos costos operativos, bajo consumo de energía y alta eficiencia.