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Tecnología de generación de nitrógeno con adsorción por cambio de presión (PSA)

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La posibilidad de crear su propio nitrógeno implica tener controlado el suministro de N2. Esto podría ser beneficioso para muchas empresas que necesitan nitrógeno a diario. ¿Qué significa esto para su empresa? Cuando el nitrógeno se genera internamente, no tiene que depender de terceros para el suministro, de modo que se elimina la necesidad de procesamiento, recargas y gastos de envío. Una forma de generar nitrógeno es a través de la adsorción por cambio de presión. 

¿Cómo funciona la adsorción por cambio de presión?

Al producir su propio nitrógeno, es importante conocer y comprender el nivel de pureza que desea alcanzar. Algunas aplicaciones requieren niveles de pureza bajos (entre el 90 y el 99 %), como el inflado de neumáticos y la prevención de incendios, mientras que otras, como las aplicaciones en la industria alimentaria y de bebidas o el moldeo de plástico, requieren niveles altos (entre el 97 y el 99,999 %). En estos casos, la tecnología PSA es la forma ideal y más sencilla de hacerlo. En esencia, un generador de nitrógeno funciona separando las moléculas de nitrógeno de las moléculas de oxígeno del aire comprimido. La adsorción por cambio de presión lo hace capturando oxígeno de la corriente de aire comprimido mediante adsorción. La adsorción se produce cuando las moléculas se unen a un adsorbente, en este caso, las moléculas de oxígeno se unen a un tamiz molecular de carbono (CMS). Esto ocurre en dos recipientes de presión separados, cada uno lleno de un CMS, que cambian entre el proceso de separación y el proceso de regeneración. Por el momento, llámenos torre A y torre B. El aire comprimido limpio y seco entra en la torre A y, dado que las moléculas de oxígeno son más pequeñas que las moléculas de nitrógeno, entrarán en los poros del tamiz de carbono. Por otro lado, las moléculas de nitrógeno no pueden entrar en los poros, por lo que eludirán el tamiz molecular de carbono. Como resultado, se obtiene nitrógeno de la pureza deseada. Esta fase se denomina fase de adsorción o separación. Pero eso no es todo. La mayor parte del nitrógeno producido en la torre A sale del sistema (listo para su uso directo o almacenamiento), mientras que una pequeña parte del nitrógeno generado fluye hacia la torre B en la dirección opuesta (de arriba hacia abajo). 

Este flujo es necesario para expulsar el oxígeno capturado en la fase previa de adsorción de la torre B. Al liberar la presión de la torre B, los tamices moleculares de carbono pierden su capacidad para retener las moléculas de oxígeno, que se separarán de los tamices y serán arrastradas a través del escape por el pequeño flujo de nitrógeno procedente de la torre A. De esta forma, el sistema deja espacio para que nuevas moléculas de oxígeno se unan a los tamices en una próxima fase de adsorción. A este proceso de "limpieza" lo denominamos regeneración de torre saturada de oxígeno.

¿Qué es la generación de gas con adsorción por cambio de presión?

PSA significa adsorción por cambio de presión. Es una tecnología que se puede utilizar para generar nitrógeno u oxígeno con fines profesionales.

Gráfica que muestra el proceso de generación de nitrógeno. En primer lugar, el depósito A se encuentra en la fase de adsorción mientras que el depósito B se regenera. En la segunda etapa, ambos recipientes igualan la presión, tras lo cual el depósito A comienza a regenerarse mientras que el depósito B genera nitrógeno.

En primer lugar, el depósito A se encuentra en la fase de adsorción mientras que el depósito B se regenera. En la segunda etapa, ambos recipientes igualan la presión para prepararse para el cambio. Después del cambio, el depósito A comienza a regenerarse mientras que el depósito B genera nitrógeno.

En este punto, la presión en ambas torres se igualará y cambiarán las fases de adsorción a regeneración y viceversa. El CMS de la torre A se saturará, mientras que la torre B, debido a la despresurización, podrá reiniciar el proceso de adsorción. Este proceso también se conoce como «oscilación de la presión», lo que significa que permite que ciertos gases se capturen a una presión más alta y se liberen a una presión más baja. El sistema PSA de dos torres permite una producción continua de nitrógeno con el nivel de pureza deseado.

Pureza del nitrógeno y requisitos para el aire de admisión

Es importante comprender el nivel de pureza necesario para cada aplicación con el fin de generar su propio nitrógeno. No obstante, existen algunos requisitos generales en relación con el aire de admisión. El aire comprimido debe estar limpio y seco antes de entrar en el generador de nitrógeno, ya que esto afecta positivamente a la calidad del nitrógeno y también evita que la humedad dañe el CMS. Además, la temperatura y la presión de entrada deben controlarse entre 10 y 25 grados C, manteniendo la presión entre 4 y 13 bar. Para tratar el aire correctamente, debe haber un secador entre el compresor y el generador. Si el aire de admisión es generado por un compresor lubricado con aceite, también debe instalar un filtro coalescente de aceite y un filtro de carbón para eliminar cualquier impureza antes de que el aire comprimido llegue al generador de nitrógeno. Hay sensores de presión, temperatura y punto de rocío a presión instalados en la mayoría de los generadores a prueba de fallos, lo que evita que el aire contaminado entre en el sistema PSA y dañe sus componentes.

Una instalación típica: compresor de aire, secador, filtros, depósito de aire, generador de nitrógeno, depósito de nitrógeno. El nitrógeno se puede consumir directamente desde el generador o a través de un depósito de compensación adicional (no se muestra).

Otro aspecto importante en la generación de nitrógeno PSA es el factor del aire. Es uno de los parámetros más importantes en un sistema generador de nitrógeno, ya que define el aire comprimido necesario para obtener un determinado flujo de nitrógeno. Por lo tanto, el factor de aire indica la eficiencia de un generador, lo que significa que un factor de aire más bajo indica una mayor eficiencia y, por supuesto, menores costes totales de funcionamiento.

Elegir entre un generador PSA y uno de membrana

 

PSA

MEMBRANA

PUREZA QUE PUEDE ALCANZARSE

EFICIENCIA HASTA EL 99,999 %

EFICIENCIA HASTA EL 99,9%

EFICIENCIA

MAYOR

ALTA

RENDIMIENTO FRENTE A TEMP.

MENOR A ALTA TEMP.

MAYOR A ALTA TEMP.

COMPLEJIDAD DE LOS SISTEMAS

MEDIA

BAJA

INTENSIDAD DEL SERVICIO

BAJA

MUY BAJA

ESTABILIDAD DE PRESIÓN

FLUCTUACIÓN DE ENTRADA/SALIDA

ESTABLE

ESTABILIDAD DE FLUJO

FLUCTUACIÓN DE ENTRADA/SALIDA

ESTABLE

VELOCIDAD DE PUESTA EN MARCHA

MINUTOS/HORAS

SEGUNDOS

SENSIBILIDAD DEL AGUA (VAPOR)

PRP MAX. 8 °C

SIN AGUA LÍQUIDA

SENSIBILIDAD AL ACEITE

NO PERMITIDO (< 0,01 mg/m³)

NO PERMITIDO (< 0,01 mg/m³)

NIVEL DE RUIDO

ALTO (picos de venteo)

MUY BAJA

PESO

MEDIA

BAJA

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