Gerador de nitrogênio - Nitrogen generator
Os geradores e estações de nitrogênio são complexos de produção estacionários ou móveis de ar para nitrogênio.
Tecnologia de adsorção
Conceito de adsorção
O processo de separação do gás de adsorção em geradores de nitrogênio é baseado no fenômeno de fixação de vários componentes da mistura de gases por uma substância sólida chamada adsorvente . Este fenômeno é provocado pela interação do gás e das moléculas adsorventes.
Tecnologia de adsorção de oscilação de pressão
A tecnologia de produção ar-nitrogênio com o uso de processos de adsorção em geradores de nitrogênio é bem estudada e amplamente aplicada em instalações industriais para a recuperação de nitrogênio de alta pureza.
O princípio de operação de um gerador de nitrogênio utilizando a tecnologia de adsorção é baseado na dependência das taxas de adsorção caracterizadas por vários componentes da mistura de gás em fatores de pressão e temperatura. Entre as plantas de adsorção de nitrogênio de vários tipos, as plantas de adsorção por oscilação de pressão (PSA) encontraram a aplicação mais ampla em todo o mundo.
O projeto do sistema é baseado na regulação da adsorção de gás e regeneração do adsorvente por meio da alteração das pressões em dois vasos contendo adsorvente-adsorvente. Este processo requer temperatura constante, próxima à ambiente. Com este processo, o nitrogênio é produzido pela planta na pressão acima da atmosférica, enquanto a regeneração do adsorvente é realizada na pressão abaixo da atmosférica.
O processo de adsorção oscilante em cada um dos dois adsorventes consiste em duas etapas em execução por alguns minutos. No estágio de adsorção, as moléculas de oxigênio, H 2 O e CO 2 se difundem na estrutura de poros do adsorvente, enquanto as moléculas de nitrogênio podem viajar através do vaso que contém o adsorvente-adsorvente. No estágio de regeneração, os componentes adsorvidos são liberados do adsorvente ventilado para a atmosfera. O processo é então repetido várias vezes.
Vantagens
- Alta pureza de nitrogênio: as plantas geradoras de nitrogênio PSA permitem a produção de nitrogênio de alta pureza a partir do ar, que os sistemas de membrana são incapazes de fornecer - até 99,9995% de nitrogênio. Mas, na maioria dos casos, eles não produzem mais de 98,8% de nitrogênio, sendo o restante argônio, que não é separado do nitrogênio pelo processo PSA usual. O argônio normalmente não é um problema, pois o argônio é mais inerte do que o nitrogênio. Essa pureza do nitrogênio também pode ser garantida por sistemas criogênicos, mas são consideravelmente mais complexos e justificados apenas por grandes volumes de consumo. Os geradores de nitrogênio usam a tecnologia CMS ( peneira molecular de carbono ) para produzir um suprimento contínuo de nitrogênio de altíssima pureza e estão disponíveis com ou sem compressores internos.
- Custos operacionais baixos: Ao substituir as usinas de separação de ar desatualizadas, a economia de produção de nitrogênio excede em grande parte 50%. O custo líquido do nitrogênio produzido por geradores de nitrogênio é significativamente menor do que o custo do nitrogênio engarrafado ou liquefeito.
- Impacto ambiental: a geração de gás nitrogênio é uma abordagem sustentável, ecologicamente correta e eficiente em termos de energia para fornecer gás nitrogênio puro, limpo e seco. Em comparação com a energia necessária para uma planta de separação de ar criogênica e a energia necessária para transportar o nitrogênio líquido da planta para a instalação, o nitrogênio gerado consome menos energia e cria muito menos gases de efeito estufa.
Tecnologia de membrana
Conceito de separação de gás
A operação dos sistemas de membrana é baseada no princípio da velocidade diferencial, com a qual vários componentes da mistura de gás permeiam a substância da membrana. A força motriz no processo de separação de gás é a diferença nas pressões parciais em diferentes lados da membrana.
Cartucho de membrana
Estruturalmente, uma membrana de fibra oca representa um cartucho cilíndrico funcionando como um carretel com fibras de polímero especificamente enroladas. O fluxo de gás é fornecido sob pressão em um feixe de fibras de membrana. Devido à diferença nas pressões parciais na superfície da membrana externa e interna, a separação do fluxo de gás é realizada.
Vantagens
- Benefícios econômicos: Por substituição de sistemas criogênicos ou de adsorção, a economia na produção de nitrogênio geralmente excede 50%. O custo líquido do nitrogênio produzido pelos complexos de nitrogênio é significativamente menor do que o custo do cilindro ou do nitrogênio liquefeito.
- Projeto do módulo: com respeito à simplicidade do sistema, um gerador de nitrogênio pode ser dividido em módulos. Isso está em contraste direto com os sistemas clássicos, onde o equipamento é projetado para um determinado estágio do processo de separação. Usando um sistema modular, a instalação de geração pode ser construída a partir de uma seleção de equipamentos preexistentes e, quando necessário, a capacidade de produção de uma planta pode ser aumentada ao custo mínimo. Esta opção parece ainda mais útil quando um projeto prevê um aumento subsequente na capacidade da empresa, ou onde a demanda pode simplesmente exigir a produção local de nitrogênio por meio do emprego de equipamento já existente.
- Confiabilidade: As unidades de separação de gás não possuem peças móveis, garantindo assim uma confiabilidade excepcional. As membranas são altamente resistentes a vibrações e choques, quimicamente inertes a graxas, insensíveis à umidade e capazes de operar em uma ampla faixa de temperatura de –40 ° С a + 60 ° С. Com manutenção adequada, a vida útil da unidade de membrana varia entre 130.000 e 180.000 horas (15 a 20 anos de operação contínua).
Desvantagens
- Capacidade limitada
- Pureza relativamente baixa em comparação com unidades PSA (pureza de 95% a 99% em comparação com 99,9995% - aplicações de pureza mais alta estão disponíveis em taxas de fluxo mais baixas ≤ 10L / min)
Aplicações de geradores de nitrogênio
- Indústrias de alimentos e bebidas: No momento em que alimentos ou bebidas são produzidos, ou frutas e vegetais colhidos, um processo de envelhecimento começa até a completa decomposição dos produtos. Isso é causado por bactérias e outros organismos. Os geradores são usados para inundar os produtos com N 2, que desloca o oxigênio e prolonga significativamente a vida útil do produto porque esses organismos não podem se desenvolver. Além disso, a degradação química dos alimentos causada pela oxidação pode ser eliminada ou interrompida.
- Química analítica : Os geradores de nitrogênio são necessários para várias formas de química analítica, como cromatografia líquida - espectrometria de massa e cromatografia gasosa, onde um suprimento estável e contínuo de nitrogênio é necessário.
- Pneus de aeronaves e veículos motorizados : embora o ar tenha 78% de nitrogênio, a maioria dos pneus de aeronaves contém nitrogênio puro. Existem muitas lojas de pneus e automóveis com geradores de nitrogênio para abastecer os pneus. A vantagem de usar nitrogênio é que o tanque fica seco. Freqüentemente, um tanque de ar comprimido contém água proveniente da condensação do vapor de água atmosférico no tanque após deixar o compressor de ar. O nitrogênio mantém uma pressão mais estável quando aquecido e resfriado como resultado de estar seco e não permeia o pneu tão facilmente devido a ser uma molécula ligeiramente maior (155 pm) do que O 2 (152 pm).
- Indústrias químicas e petroquímicas: A aplicação primária e muito importante de nitrogênio nas indústrias químicas e petroquímicas é o fornecimento de um ambiente inerte com o objetivo de garantir a segurança industrial geral durante a limpeza e proteção dos vasos de processo. Além disso, o nitrogênio é usado para teste de pressão de dutos, transporte de agentes químicos e regeneração de catalisadores usados em processos tecnológicos.
- Eletrônica: Na eletrônica, o nitrogênio serve para deslocar o oxigênio na fabricação de semicondutores e circuitos elétricos , no tratamento térmico de produtos acabados, bem como no sopro e limpeza. Os usos mais comuns em eletrônicos são no processo de soldagem . Equipamentos especificamente seletivos, de refluxo e de solda por onda.
- Proteção contra incêndio: A indústria de proteção contra incêndio usa gás nitrogênio para duas aplicações diferentes - supressão de incêndio e prevenção de corrosão . Os geradores de nitrogênio são usados em sistemas de prevenção de incêndio por ar hipóxico para produzir ar com baixo teor de oxigênio que suprimirá um incêndio. Para evitar a corrosão, geradores de nitrogênio são usados no lugar de ou em conjunto com um sistema de ar comprimido para fornecer gás nitrogênio de supervisão no lugar do ar para tubos secos e sistemas de sprinklers de pré-ação .
- Indústria de vidro: Na produção de vidro, o nitrogênio se mostra eficiente como agente de resfriamento para eletrodos de forno elétrico a arco, bem como para deslocar o oxigênio durante os procedimentos do processo.
- Metalurgia : A indústria de metal geralmente utiliza nitrogênio como meio de proteção de metais ferrosos e não ferrosos durante o recozimento. Além disso, o nitrogênio é útil em processos padrão da indústria como têmpera neutra, cimentação, brasagem forte, alívio de tensões, endurecimento com cianeto, sinterização de pó de metal e resfriamento de matriz de extrusão.
- Indústria de tintas e vernizes: A produção de tintas e vernizes utiliza nitrogênio para a criação de um ambiente inerte nos vasos de processo para garantir a segurança, bem como para o deslocamento de oxigênio durante a embalagem, a fim de evitar a polimerização de óleos secantes.
- Indústria do petróleo : Na indústria do petróleo, o nitrogênio é um componente indispensável em vários processos. Mais comumente, o nitrogênio é usado para criar um ambiente inerte para prevenir explosões e para segurança contra incêndios e para apoiar o transporte e transferência de hidrocarbonetos. Além disso, o nitrogênio é usado para teste e purga de dutos, limpeza de vasos tecnológicos e limpeza de transportadores de gás liquefeito e instalações de armazenamento de hidrocarbonetos.
- Indústria farmacêutica : Na indústria farmacêutica, o nitrogênio encontra aplicação em embalagens de produtos farmacêuticos e garante contra explosão e segurança contra incêndio em atividades onde substâncias finas dispersas são usadas.