Principi e caratteristiche dei generatori di azoto

A generatore di azotoè un dispositivo che utilizza l'aria come materia prima e separa l'ossigeno e l'azoto attraverso metodi fisici per ottenere azoto gassoso. In base ai diversi metodi di separazione, i generatori di azoto industriale possono essere classificati in tre tipi: separazione dell'aria criogenica, separazione dell'aria a setaccio molecolare (PSA) e separazione dell'aria a membrana.

Il generatore di azoto è progettato e prodotto sulla base della tecnologia PSA (Pressure Swing Adsorption). Utilizza un setaccio molecolare di carbonio (CMS) importato di alta qualità come adsorbente e adotta il principio dell'adsorbimento con oscillazione di pressione a temperatura normale per separare l'azoto dall'ossigeno nell'aria, producendo azoto di elevata purezza. Solitamente due torri di adsorbimento sono collegate in parallelo. Controllate da un sistema PLC importato, le valvole pneumatiche funzionano automaticamente per eseguire alternativamente l'adsorbimento della pressurizzazione e la rigenerazione della depressurizzazione, completando la separazione ossigeno-azoto e ottenendo l'azoto con la purezza richiesta.

Principio di funzionamento del generatore di azoto

PSA Principio di generazione di azoto ad adsorbimento con oscillazione della pressione

Il setaccio molecolare al carbonio può assorbire sia l'ossigeno che l'azoto nell'aria. La sua capacità di assorbimento aumenta con l'aumentare della pressione. Alla stessa pressione, non vi è alcuna differenza evidente tra la capacità di assorbimento dell'equilibrio di ossigeno e azoto. Pertanto, è difficile ottenere un’efficace separazione ossigeno-azoto solo attraverso variazioni di pressione.

Considerando la differenza del tasso di adsorbimento, è possibile distinguere efficacemente le caratteristiche di adsorbimento dell'ossigeno e dell'azoto. Il diametro molecolare dell'ossigeno è inferiore a quello dell'azoto, quindi la sua velocità di diffusione è centinaia di volte più veloce dell'azoto. Pertanto, il setaccio molecolare del carbonio assorbe l'ossigeno molto più velocemente. Dopo circa un minuto di assorbimento, è possibile assorbire più del 90% dell'ossigeno, mentre la quantità di azoto assorbita è solo del 5% circa.

In questa fase il gas adsorbito è prevalentemente ossigeno, mentre il gas rimanente è prevalentemente azoto. Controllando il tempo di assorbimento entro un minuto, l'ossigeno e l'azoto possono essere inizialmente separati. In altre parole, l'adsorbimento e il desorbimento si ottengono attraverso le differenze di pressione: l'adsorbimento avviene quando la pressione aumenta e il desorbimento avviene quando la pressione diminuisce.

La separazione dell'ossigeno e dell'azoto dipende dalla differenza nella velocità di adsorbimento tra i due gas. Controllando il tempo di adsorbimento, l'ossigeno può essere sufficientemente assorbito mentre l'azoto non ha tempo sufficiente per essere assorbito, quindi il processo di adsorbimento viene interrotto per ottenere una produzione efficiente di azoto.

Principio della generazione di azoto con separazione criogenica dell'aria

La generazione criogenica di azoto può produrre non solo azoto gassoso ma anche azoto liquido, soddisfacendo i requisiti di processo in cui è richiesto azoto liquido. L'azoto liquido può essere immagazzinato in un serbatoio di stoccaggio di azoto liquido. Quando la fornitura di azoto viene interrotta o l'unità di separazione dell'aria richiede manutenzione, l'azoto liquido immagazzinato entra nel vaporizzatore, viene riscaldato e quindi immesso nella tubazione dell'azoto per soddisfare i requisiti di azoto delle apparecchiature di processo.

Il ciclo operativo della generazione criogenica di azoto (l'intervallo tra due principali operazioni di riscaldamento) è generalmente superiore a un anno. Pertanto, le apparecchiature di backup di solito non vengono prese in considerazione per i sistemi di generazione di azoto criogenico. Tuttavia, i generatori di azoto PSA possono produrre solo azoto gassoso senza capacità di stoccaggio di riserva e una singola unità non può garantire un funzionamento continuo a lungo termine.

Principio della generazione di azoto con separazione dell'aria tramite membrana

Dopo essere stata compressa e filtrata da un compressore d'aria, l'aria entra in un separatore a membrana ad alto contenuto di polimeri. A causa delle differenze nella solubilità e nei coefficienti di diffusione dei vari gas nella membrana, gas diversi hanno velocità di permeazione diverse.

In base a questa caratteristica i gas possono essere suddivisi in “gas veloci” e “gas lenti”.

Sotto la differenza di pressione tra entrambi i lati della membrana, i gas con velocità di permeazione più elevate, come vapore acqueo, idrogeno, elio, idrogeno solforato e anidride carbonica, passano attraverso la membrana e si arricchiscono sul lato permeato.

Nel frattempo, i gas con velocità di permeazione più lente, come metano, azoto, monossido di carbonio e argon, vengono trattenuti e arricchiti sul lato di alimentazione, ottenendo così la separazione dei gas misti.

Caratteristiche dell'attrezzatura per il generatore di azoto

Conveniente e veloce

Grazie alla tecnologia avanzata e a un esclusivo sistema di distribuzione del flusso d'aria, la distribuzione del flusso di gas è più uniforme, consentendo un utilizzo efficiente del setaccio molecolare del carbonio. L'azoto qualificato può essere prodotto in circa 20 minuti.

Funzionamento facile

L'apparecchiatura è caratterizzata da una struttura compatta e da un design integrato montato su skid, che richiede meno spazio di installazione e nessun investimento nell'edilizia civile. Con un investimento iniziale basso, gli utenti devono solo collegare l’alimentazione elettrica in loco per avviare la produzione di azoto.

Operazione economica

La tecnologia PSA è un metodo semplice ed efficiente per la generazione di azoto che utilizza l'aria come materia prima. Il suo consumo energetico deriva principalmente dall'elettricità consumata dal compressore d'aria. È caratterizzato da bassi costi operativi, basso consumo energetico e alta efficienza.