Geração de nitrogênio com a tecnologia de Adsorção por Variação de Pressão (PSA)

Gases industriais Wiki de ar comprimido Nitrogênio

Ter a capacidade de criar o seu próprio nitrogênio significa estar no total controle do suprimento de N2. Isso pode ser vantajoso para muitas empresas que precisam de nitrogênio diariamente. O que isso significa para a sua empresa? Quando o nitrogênio é gerado internamente, você não precisa depender de terceiros para o fornecimento, eliminando, assim, a necessidade de processamento, reabastecimento e custos de entrega. Uma maneira de gerar nitrogênio é através da Adsorção por Variação de Pressão.

Como funciona a Adsorção por Variação de Pressão?

Ao produzir o seu próprio nitrogênio, é importante conhecer e entender o nível de pureza que você deseja alcançar. Algumas aplicações exigem níveis de pureza baixos (entre 90 e 99%), como enchimento de pneus e prevenção de incêndios, enquanto outras, como aplicações na indústria de alimentos e bebidas ou moldagem de plásticos, exigem níveis altos (de 97 a 99,999%). Nestes casos, a tecnologia PSA é o caminho ideal e mais fácil a seguir.

Em essência, um gerador de nitrogênio funciona separando as moléculas de nitrogênio das moléculas de oxigênio contidas no ar comprimido. A Adsorção por Variação de Pressão faz isso retendo o oxigênio presente no fluxo de ar comprimido, usando a adsorção. A adsorção ocorre quando as moléculas se ligam a um adsorvente; neste caso, as moléculas de oxigênio se ligam a uma peneira molecular de carbono (CMS). Isso acontece em dois recipientes de pressão separados, cada um preenchido com uma CMS, que alternam entre o processo de separação e o processo de regeneração. Por enquanto, vamos chamar esses recipientes de torre A e torre B.

Para começar, o ar comprimido limpo e seco entra na torre A e, como as moléculas de oxigênio são menores que as moléculas de nitrogênio, elas entram nos poros da peneira de carbono. Por outro lado, as moléculas de nitrogênio não se encaixam nos poros, de modo que elas irão contornar a peneira molecular de carbono. Como resultado, você obtém o nitrogênio com a pureza desejada. Essa fase é chamada de fase de adsorção ou separação.

No entanto, não acaba neste ponto. A maior parte do nitrogênio produzido na torre A sai do sistema (pronto para uso direto ou armazenamento), enquanto uma pequena parte do nitrogênio gerado é levada para a torre B, no sentido oposto (de cima para baixo). Este fluxo é necessário para expulsar o oxigênio que foi capturado na fase de adsorção anterior da torre B. Ao liberar a pressão na torre B, as peneiras moleculares de carbono perdem sua capacidade de reter as moléculas de oxigênio. Elas se soltarão das peneiras e serão levadas pelo escape pelo pequeno fluxo de nitrogênio proveniente da torre A. Ao fazer isso, o sistema abre espaço para que, na próxima fase de adsorção, novas moléculas de oxigênio fiquem retidas nas peneiras. Chamamos esse processo de "limpeza" de uma regeneração de torre saturada de oxigênio.

Ilustração que mostra o processo de geração de nitrogênio. Primeiro, o tanque A está na fase de adsorção enquanto o tanque B se regenera. Na segunda fase, ambos os recipientes equilibram a pressão e, em seguida, o tanque A começa a regeneração, enquanto o tanque B gera nitrogênio.

Primeiro, o tanque A está na fase de adsorção enquanto o tanque B se regenera. Na segunda fase, os dois recipientes igualam a pressão para se prepararem para a troca. Após a troca, o tanque A começa a se regenerar enquanto o tanque B gera nitrogênio.

Neste ponto, a pressão nas duas torres se igualará e elas mudarão as fases de adsorção para regeneração e vice-versa. A CMS na torre A ficará saturada, enquanto a torre B, devido à despressurização, será capaz de reiniciar o processo de adsorção. Esse processo também é chamado de "variação de pressão", o que significa que ele permite que certos gases sejam capturados a uma pressão mais alta e liberados a uma pressão mais baixa. O sistema PSA de duas torres permite a produção contínua de nitrogênio em um nível de pureza desejado.

Pureza do nitrogênio e requisitos para o ar de entrada

É importante entender o nível de pureza necessário para cada aplicação, a fim de gerar propositadamente o seu próprio nitrogênio. No entanto, existem alguns requisitos gerais em relação ao ar de entrada. O ar comprimido deve ser limpo e seco antes de entrar no gerador de nitrogênio, pois isso afeta positivamente a qualidade do nitrogênio e também impede que a CMS seja danificada pela umidade. Além disso, a temperatura e a pressão de entrada devem ser controladas entre 10 e 25 ºC, mantendo a pressão entre 4 e 13 bar. Para tratar o ar adequadamente, deve haver um secador entre o compressor e o gerador. Se o ar de entrada for gerado por um compressor lubrificado a óleo, será necessário também instalar um filtro de carbono coalescente de óleo para eliminar todas as impurezas antes de o ar comprimido chegar ao gerador de nitrogênio. A maioria dos geradores possui sensores de pressão, temperatura e ponto de orvalho de pressão instalados, funcionando como um sistema à prova de falhas, impedindo a entrada de ar contaminado no sistema PSA, o que danificaria seus componentes.


Uma instalação típica: compressor de ar, secador, filtros, reservatório de ar, gerador de nitrogênio, reservatório de nitrogênio. O nitrogênio pode ser consumido diretamente do gerador ou através de um tanque de armazenamento adicional (não mostrado).

Outro aspecto importante na geração de nitrogênio PSA é o fator ar. É um dos parâmetros mais importantes em um sistema de gerador de nitrogênio, pois define o ar comprimido necessário para obter um certo fluxo de nitrogênio. O fator ar indica, assim, a eficiência de um gerador, o que significa que um fator de ar mais baixo indica uma eficiência maior e, evidentemente, custos de operação geral mais baixos.

Escolha entre um gerador PSA e um gerador de membrana

 

PSA

MEMBRANA

PUREZA ALCANÇÁVEL

EFICIENTEMENTE ATÉ 99,999%

EFICIENTEMENTE ATÉ 99,9%

EFICIÊNCIA

MAIS ALTA

ALTA

DESEMPENHO X TEMPERATURA

MAIS BAIXA EM ALTA TEMPERATURA

MAIS ALTA EM ALTA TEMPERATURA

COMPLEXIDADE DO SISTEMA

INTERMEDIÁRIO

BAIXO

INTENSIDADE DE SERVIÇO

BAIXO

MUITO BAIXO

ESTABILIDADE DE PRESSÃO

ENTRADA/SAÍDA FLUTUANTE

ESTÁVEL

ESTABILIDADE DE FLUXO

ENTRADA/SAÍDA FLUTUANTE

ESTÁVEL

VELOCIDADE DE PARTIDA

MINUTOS/HORAS

SEGUNDOS

SENSIBILIDADE À ÁGUA (VAPOR)

PONTO DE ORVALHO DE PRESSÃO MÁXIMO (PDP) A 8 °C

NÃO HÁ ÁGUA EM ESTADO LÍQUIDO

SENSIBILIDADE A ÓLEO

NÃO É PERMITIDO (< 0,01 mg/m³)

NÃO É PERMITIDO (< 0,01 mg/m³)

NÍVEL DE RUÍDO

ALTO (picos de descarga)

MUITO BAIXO

PESO

INTERMEDIÁRIO

BAIXO

Artigos relacionados