generadores de nitrógeno ( PSA x Membrana )

Aplicación de PSA vs Membrana

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Holtec Gas Systems fabrica generadores de nitrógeno basados ​​en las tecnologías de adsorción por cambio de presión y de separación de membrana. Pero, ¿qué tecnología es adecuada para ti? Si bien el costo es un factor importante de esta decisión, hay muchos otros factores que debe considerar antes de elegir la mejor tecnología para su aplicación.

Absorción por cambio de presión (PSA) - Descripción del proceso

Diagrama de CMSLa tecnología PSA trabaja en el concepto de adsorción, el proceso mediante el cual las moléculas se adhieren temporalmente a la superficie de los materiales con los que están en contacto. Un generador de nitrógeno de PSA consiste en dos o más adsorbentes rellenos con material de separación llamado tamiz molecular de carbono (CMS). El CMS se produce específicamente para tener tamaños de poros que corresponden al tamaño relativamente pequeño de una molécula de oxígeno (en comparación con la molécula de nitrógeno relativamente más grande).

En un generador de nitrógeno con PSA, el aire comprimido se extrae de la atmósfera y se dirige a un adsorbente. Bajo presión, el oxígeno en el aire comprimido se "atasca" en los poros del CMS, lo que permite que los componentes restantes (principalmente nitrógeno) pasen a través del sistema sin obstáculos.

Suena simple, ¿no? Solo hay un problema. Eventualmente, la separación de las moléculas de oxígeno ya no ocurrirá. Esto se denomina saturación, cuando las moléculas de oxígeno cubren completamente la superficie del CMS y no hay espacio para que se puedan adsorber más.

Ilustración de Generación de Nitrógeno Rev 2.1 Final AI6Afortunadamente, el proceso de adsorción se invierte al despresurizar el adsorbente. Esta es la razón por la cual la tecnología PSA utiliza dos o más adsorbentes. A presión ambiental, el oxígeno se libera de la superficie del CMS y se devuelve a la atmósfera como gas residual, regenerando así el adsorbente para su uso en el siguiente ciclo. Mientras que el primer adsorbente se está regenerando, el segundo adsorbente está produciendo nitrógeno activamente. Al final del ciclo, el primer adsorbente está nuevamente listo para producir nitrógeno y el segundo adsorbente se regenera, y así sucesivamente.

Sin embargo, cada vez que un adsorbente vuelve a estar en línea, hay un breve período durante la presurización en el que no se produce nitrógeno. Esta es una de las razones por las que cada generador de nitrógeno PSA requiere un tanque receptor de nitrógeno de proceso.

Además, el uso de aire comprimido durante el paso de presurización es mayor que el flujo promedio. Para garantizar que siempre haya suficiente aire comprimido limpio, seco y libre de aceite para alimentar el sistema, generalmente también se necesita un receptor de aire de proceso.

Pasos del proceso de PSA:

Purificación
1. Aire presurizado en
2. Absorción de oxígeno
3. Salida de nitrógeno de alta pureza

Regeneración
4. Ecualización de presión (no representada)
5. Regeneración del lecho despresuriza completamente, permitiendo que el gas enriquecido con oxígeno se desorbe
6. El gas residual sale a través del silenciador

Flujo típico del proceso de PSA

 Flujo de PSA

  1. Compresor : se requiere aire comprimido con todos los generadores de nitrógeno PSA. Si su sitio tiene aire comprimido disponible, por lo general entre 100-125 psig (6.9-8.6 barg), este aire se puede usar para alimentar un nuevo PSA. Dependiendo de qué tipo de compresor y tratamiento de aire ya esté instalado, el diagrama de arriba puede cambiar. Si se necesita un nuevo compresor dedicado, un compresor de tornillo lubricado es la opción más común por razones de costo y mantenimiento. Las recomendaciones de equipos anteriores asumen este tipo de compresor.
  2. Separador de líquidos : se utiliza para eliminar el agua y el aceite a granel del aire comprimido.
  3. Secadora : se utiliza para condensar y eliminar más agua y aceite del aire de alimentación. Si el sistema se instala en interiores donde las temperaturas siempre estarán por encima del punto de congelación, se puede usar un secador refrigerado para reducir el punto de rocío del aire de alimentación por debajo de 38 ° F / 3 ° C. Si el sistema está al aire libre en un clima donde las temperaturas de congelación son posibles, se necesitará un secador desecante.
  4. Filtro coalescente de 0,01 micrones : se utiliza para reducir los aerosoles de aceite a menos de 0,0008 ppm.
  5. Cama de carbón activado : incluso después de un filtro coalescente de alta calidad, siempre habrá vapor de aceite en el aire comprimido cada vez que se use un compresor lubricado. Por lo tanto, Holtec siempre recomienda el uso de un gran lecho de gránulos de carbón activado para adsorber los hidrocarburos restantes, lo que hace que el aire comprimido esté prácticamente libre de aceite. Los filtros de carbón activado estilo cartucho son demasiado pequeños, lo que significa que el tiempo de residencia no será lo suficientemente largo como para absorber todo el aceite, por lo que no se recomienda este tipo de filtro.
  6. Receptor de aire de proceso : los requisitos de aire comprimido calculados son siempre un promedio. Pero el proceso de PSA requiere una presurización y despresurización regulares, lo que significa que el flujo de aire instantáneo siempre está cambiando a lo largo del ciclo de PSA. Puede ser mucho más bajo que el promedio o varias veces más alto. Por lo tanto, se requiere un receptor de aire para garantizar que la presión de alimentación óptima esté siempre disponible para el generador de nitrógeno y para asegurarse de que los filtros no se desborden.
  7. Generador de nitrógeno PSA - ¡Esperamos que elija un generador de nitrógeno Holtec PSA confiable y de alta calidad para este equipo!
  8. Proceso del receptor de nitrógeno : al igual que el flujo de aire comprimido cambia a lo largo del ciclo, también lo hará la tasa de producción de nitrógeno. La pureza del producto también variará, y también habrá varios segundos en cada ciclo donde el nitrógeno no se produce en absoluto. Por lo tanto, se requiere un receptor de nitrógeno de proceso con cada sistema de PSA para proporcionarle a su proceso un flujo constante y estable de nitrógeno a la presión y pureza requeridas.

A través de rigurosas investigaciones y pruebas, Holtec ha diseñado un programa de simulación patentado para garantizar que todos los filtros, tanques, válvulas y tamaños de línea tengan el tamaño adecuado para una operación óptima, garantizando la menor cantidad de problemas para el cliente El mantenimiento generalmente se limita al compresor y secador PM estándar y al cambio regular de filtros y carbón activado, con los que las instalaciones que utilizan aire comprimido ya están familiarizadas.

Separación de membrana - Descripción del proceso

Diagrama de membranaLos generadores de nitrógeno de membrana separan el nitrógeno de la atmósfera pasando aire comprimido a través de una membrana permeable. El proceso se basa en el principio de la permeación selectiva del gas. Cada gas tiene una tasa de permeación diferente, por lo que la corriente de aire de alimentación comprimida pasa a través de la membrana, los gases con tasas de permeación más rápidas, como 02 y CO2, se devuelven a la atmósfera como gas residual (junto con algo de N2)membranefibras

El nitrógeno del producto, ahora despojado de la mayor parte del oxígeno y el dióxido de carbono, pasa el otro extremo del separador a una presión ligeramente menor para la recolección o directamente en su aplicación. A diferencia de un sistema de PSA, un tanque receptor de nitrógeno no es necesariamente necesario.

Flujo de proceso de membrana típico

Flujo de proceso de membrana

  1. Compresor : se requiere aire comprimido con todos los generadores de nitrógeno de membrana. Si su sitio tiene aire comprimido disponible, típicamente este aire puede usarse para alimentar un sistema de membrana. Dependiendo de qué tipo de compresor y tratamiento de aire ya esté instalado, el diagrama de arriba puede cambiar. La productividad y la eficiencia de la membrana se mejoran significativamente con presiones más altas y, por lo general, funcionan entre 100-350 psig (6.9-24.1 barg).
  2. Separador de líquidos : se utiliza para eliminar el agua y el aceite a granel del aire comprimido.
  3. Secadora : según la aplicación, el equipo existente y el tipo de membrana seleccionada, puede ser necesario o no una secadora.
  4. Filtro coalescente de 0,01 micrones : se utiliza para reducir los aerosoles de aceite a menos de 0,0008 ppm.
  5. Cama de carbón activado : incluso después de un filtro coalescente de alta calidad, siempre habrá vapor de aceite en el aire comprimido cada vez que se use un compresor lubricado. Por lo tanto, Holtec siempre recomienda el uso de un gran lecho de gránulos de carbón activado para adsorber los hidrocarburos restantes, lo que hace que el aire comprimido esté prácticamente libre de aceite. Los filtros de carbón activado estilo cartucho son demasiado pequeños, lo que significa que el tiempo de residencia no será lo suficientemente largo como para absorber todo el aceite, por lo que no se recomienda este tipo de filtro. Sin embargo, pueden utilizarse cuando se usan compresores sin aceite para eliminar otros contaminantes.
  6. Filtro de polvo : el polvo del carbón activado se acumularía en el separador de membrana y reduciría el rendimiento, por lo que incluimos un filtro para eliminar.
  7. Receptor de aire de proceso : dependiendo de la aplicación y el equipo existente, puede ser necesario un receptor de aire. La mejor ubicación en el flujo del proceso puede cambiar según la aplicación.
  8. Generador de nitrógeno de membrana : ¡Esperamos que elija un generador de nitrógeno de membrana Holtec confiable y de alta calidad para este equipo!
  9. Receptor de nitrógeno de proceso : a diferencia de un sistema de PSA, la producción de nitrógeno de membrana es un proceso de estado estable en el que el nitrógeno se produce todo el tiempo a una tasa estable. Por lo tanto, un receptor de nitrógeno no es una necesidad, pero se puede incluir cuando el cliente también quiere tener nitrógeno almacenado.
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