Princípios e características dos geradores de nitrogênio

A gerador de nitrogênioé um dispositivo que utiliza o ar como matéria-prima e separa oxigênio e nitrogênio por meio de métodos físicos para obter gás nitrogênio. De acordo com diferentes métodos de separação, os geradores industriais de nitrogênio podem ser classificados em três tipos: separação criogênica do ar, separação do ar por peneira molecular (PSA) e separação do ar por membrana.

O gerador de nitrogênio é projetado e fabricado com base na tecnologia de Adsorção por Oscilação de Pressão (PSA). Ele usa peneira molecular de carbono importada de alta qualidade (CMS) como adsorvente e adota o princípio de adsorção por oscilação de pressão em temperatura normal para separar o nitrogênio do oxigênio no ar, produzindo nitrogênio de alta pureza. Normalmente, duas torres de adsorção são conectadas em paralelo. Controladas por um sistema PLC importado, as válvulas pneumáticas operam automaticamente para realizar alternadamente a adsorção por pressurização e a regeneração por despressurização, completando a separação oxigênio-nitrogênio e obtendo nitrogênio com a pureza necessária.

Princípio de funcionamento do gerador de nitrogênio

Princípio de geração de nitrogênio por adsorção com oscilação de pressão PSA

A peneira molecular de carbono pode adsorver oxigênio e nitrogênio no ar. Sua capacidade de adsorção aumenta com o aumento da pressão. Sob a mesma pressão, não há diferença óbvia entre a capacidade de adsorção de equilíbrio de oxigênio e nitrogênio. Portanto, é difícil conseguir uma separação eficaz de oxigênio-nitrogênio apenas através de mudanças de pressão.

Ao considerar a diferença na taxa de adsorção, as características de adsorção de oxigênio e nitrogênio podem ser efetivamente distinguidas. O diâmetro molecular do oxigênio é menor que o do nitrogênio, então sua taxa de difusão é centenas de vezes mais rápida que a do nitrogênio. Portanto, a peneira molecular de carbono adsorve o oxigênio muito mais rapidamente. Após aproximadamente um minuto de adsorção, mais de 90% do oxigênio pode ser adsorvido, enquanto a quantidade de adsorção de nitrogênio é de apenas cerca de 5%.

Nesta fase, o gás adsorvido é principalmente oxigênio, enquanto o gás restante é principalmente nitrogênio. Ao controlar o tempo de adsorção dentro de um minuto, o oxigênio e o nitrogênio podem ser inicialmente separados. Em outras palavras, a adsorção e a dessorção são alcançadas através de diferenças de pressão: a adsorção ocorre quando a pressão aumenta e a dessorção ocorre quando a pressão diminui.

A separação do oxigênio e do nitrogênio depende da diferença na velocidade de adsorção entre os dois gases. Ao controlar o tempo de adsorção, o oxigênio pode ser suficientemente adsorvido enquanto o nitrogênio não tem tempo suficiente para ser adsorvido, e então o processo de adsorção é interrompido para obter uma produção eficiente de nitrogênio.

Princípio de geração de nitrogênio por separação criogênica de ar

A geração de nitrogênio criogênico pode produzir não apenas nitrogênio gasoso, mas também nitrogênio líquido, atendendo aos requisitos do processo onde o nitrogênio líquido é necessário. O nitrogênio líquido pode ser armazenado em um tanque de armazenamento de nitrogênio líquido. Quando o fornecimento de nitrogênio é interrompido ou a unidade de separação de ar requer manutenção, o nitrogênio líquido armazenado entra no vaporizador, é aquecido e depois fornecido na tubulação de nitrogênio para atender aos requisitos de nitrogênio do equipamento de processo.

O ciclo operacional de geração de nitrogênio criogênico (o intervalo entre duas grandes operações de aquecimento) é geralmente superior a um ano. Portanto, o equipamento de reserva geralmente não é considerado para sistemas criogênicos de geração de nitrogênio. No entanto, os geradores de azoto PSA só podem produzir gás azoto sem capacidade de armazenamento de reserva, e uma única unidade não pode garantir um funcionamento contínuo a longo prazo.

Princípio de geração de nitrogênio por separação de ar por membrana

Depois de ser comprimido e filtrado por um compressor de ar, o ar entra em um separador de membrana de alto polímero. Devido às diferenças nos coeficientes de solubilidade e difusão de vários gases na membrana, diferentes gases têm diferentes taxas de permeação.

Com base nesta característica, os gases podem ser divididos em “gases rápidos” e “gases lentos”.

Sob a diferença de pressão entre os dois lados da membrana, gases com taxas de permeação mais rápidas, como vapor d'água, hidrogênio, hélio, sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono, passam através da membrana e enriquecem no lado do permeado.

Enquanto isso, gases com taxas de permeação mais lentas, como metano, nitrogênio, monóxido de carbono e argônio, são retidos e enriquecidos no lado da alimentação, conseguindo assim a separação dos gases misturados.

Características do equipamento gerador de nitrogênio

Conveniente e rápido

Com tecnologia avançada e um sistema exclusivo de distribuição de fluxo de ar, a distribuição do fluxo de gás é mais uniforme, permitindo a utilização eficiente da peneira molecular de carbono. O nitrogênio qualificado pode ser produzido em aproximadamente 20 minutos.

Operação fácil

O equipamento possui estrutura compacta e design integrado em skid, exigindo menor espaço de instalação e nenhum investimento em construção civil. Com baixo investimento inicial, os usuários só precisam conectar a fonte de alimentação no local para iniciar a produção de nitrogênio.

Operação Econômica

A tecnologia PSA é um método simples e eficiente de geração de nitrogênio que utiliza o ar como matéria-prima. Seu consumo de energia provém principalmente da eletricidade consumida pelo compressor de ar. Possui baixos custos operacionais, baixo consumo de energia e alta eficiência.