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La producción del nitrógeno que se realiza usando tecnología de la adsorción del oscilación de la presión (PSA) sobre un tamiz molecular del carbono (CMS) se considera ser un método maduro, rentable y muy eficiente para producir el nitrógeno para cumplir una amplia gama de requisitos de la pureza y del flujo. Los aumentos en curso en eficacia en instalaciones PSA-basadas de la nitrógeno-generación están siendo conducidos por los materiales aumentados de CMS (cuadro 1) y mejoras de proceso. Este artículo proporciona una descripción de los fundamentales de la generación PSA-basada del nitrógeno, mientras que se centra específicamente en prácticas innovadoras y los materiales mejorados de CMS. Junto, estos avances contribuyen a la mejora continua en el funcionamiento de sistema del PSA, dando a encargados de la instalación de proceso químicos de las industrias (CPI) una manera probada de producir una fuente confiable y barata de nitrógeno seco de gran pureza en sitio.
El CUADRO 1. pelotillas del tamiz molecular del carbono (CMS), manufacturadas típicamente de cáscaras del coco, proporciona la superficie y la estructura de poro necesarias al oxígeno y al nitrógeno separados de una corriente de la entrada del aire comprimido
Nitrógeno — en el estado gaseoso y líquido — se utiliza en una amplia gama de usos en muchos sectores industriales. Éstos incluyen la producción de comidas y las bebidas, las sustancias químicas y los productos farmacéuticos; proceso del petróleo; el tratamiento termal de metales; la fabricación de vidrio plano, de semiconductores y de electrónica; y mucho más. Las instalaciones industriales que requieren volúmenes grandes de nitrógeno buscan siempre métodos eficientes de producción in situ del nitrógeno para resolver todas las especificaciones relacionadas con la pureza, los requisitos del flujo, el consumo de energía, la huella y la movilidad
El gas del nitrógeno es producido separando el aire en sus moléculas componentes primarias (nitrógeno y oxígeno), usando uno de dos métodos:
1. Fraccionamiento criogénico tradicional del aire se ha licuado que; o separación 2. de aire gaseoso usando la adsorción del oscilación de la presión (PSA) o los sistemas membrana-basados de la separación. Si los volúmenes grandes de nitrógeno con la pureza extremadamente elevada (99,998%) se requieren, el fraccionamiento criogénico del aire sigue siendo la opción más eficiente y más económica de la tecnología
2 esto es el más viejo método de producción del nitrógeno, y tiene la capacidad de producir el nitrógeno gaseoso y líquido (para el uso diario y como fuente de reserva). El fraccionamiento criogénico del aire se realiza típicamente en las plantas comerciales en grande que entonces entregan el nitrógeno producido a los usuarios.
Sin embargo, en muchas instalaciones del CPI, el nitrógeno enriquecido se produce en sitio usando una separación más a escala reducida del PSA o sistemas membrana-basados de la separación. Los sistemas del PSA actúan encendido el principio de adsorción física del oxígeno en aire por los materiales del tamiz molecular del carbono (tales como ésos mostrados en el cuadro 1), dejando una corriente enriquecida del nitrógeno como el producto; el proceso se ilustra en el cuadro 2. Los sistemas de hoy del PSA pueden producir económicamente el nitrógeno del aire comprimido en una variedad de volúmenes. Por ejemplo, los sistemas de hoy pueden manejar una corriente de aire de la entrada de menos de 5.000 más de 60.000 al estándar ft3/h, produciendo confiablemente el N2 que cumple requisitos de la pureza de 95 a 99,9995%
CUADRO 2. Dentro de las pelotillas de CMS, el oxígeno se fija por adsorción preferencial, permitiendo que una corriente nitrógeno-rica del producto sea capturada para el uso en sitio
Sin embargo, el capital y los gastos de explotación de un sistema del PSA se correlacionan directamente con la pureza del nitrógeno produjeron, y estos costes suben rápidamente una vez el nitrógeno con la pureza mayor se requiere de 99,5%. En algunos casos, puede ser rentable producir un nitrógeno más de gran pureza primero produciendo el nitrógeno de la pureza 99,5% usando un sistema del PSA, y entonces usando un paladio o una unidad de cobre para quitar niveles residuales de oxígeno en el producto del nitrógeno. Tales sistemas pueden derribar el oxígeno residual a 1-3 PPM.
SELECCIÓN DEL SISTEMA CORRECTO
Al seleccionar el proceso más apropiado de la nitrógeno-producción, varios parámetros deben ser considerados. La pureza y la capacidad son los factores más importantes que pueden afectar a la opción de la metodología de la producción, y por lo tanto, tienen un impacto directo en el coste unitario del nitrógeno produjeron. El uso de un sistema de la nitrógeno-generación del PSA, que se puede diseñar para resolver todos los tipos y modelos del flujo de nitrógeno — constante, periódico y errático — ha crecido en renombre durante el último varias décadas, gracias a la simplicidad, funcionamiento, flexibilidad, confiabilidad y capital y los gastos de explotación relativamente bajos de esta ruta de la producción.
Sin embargo, la tarifa óptima de la nitrógeno-producción que usa un sistema del PSA basado en las pelotillas de CMS es alrededor 3.000 Nm3/h del N2 producidos (pureza del >95%). Dentro de esa gama, el PSA es una opción más económica que O2/N2-separation por la licuefacción del aire y la separación criogénica, o por la separación membrana-basada. Los principios de tecnología PSA-basada de la nitrógeno-generación usando CMS y varios aspectos importantes de los conocimientos técnicos de ingeniería de proceso se discuten abajo.
TAMICES MOLECULARES DEL CARBONO
CMS es parte de una clase especial de carbonos activados que tengan estructura (amorfa) no cristalina con una distribución relativamente estrecha del poro-tamaño. Este material proporciona las separaciones moleculares basadas en el índice de adsorción del nitrógeno, bastante que las diferencias en capacidad de la adsorción entre el oxígeno y el nitrógeno. El cuadro 2 muestra la estructura interna de un material de CMS que sea apropiado para la separación (retiro) de las moléculas O2 de las moléculas del N2 en la entrada de aire comprimido, para rendir una corriente enriquecida del nitrógeno (nota: Los tamices moleculares del carbono son selectivos para el oxígeno, mientras que los tamices moleculares de la zeolita son selectivos para el nitrógeno).
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