Instalaciones de nitrógeno - Instalaciones para la producción de nitrógeno . En los países industrializados, las plantas de nitrógeno de membrana han reemplazado casi por completo a los métodos alternativos para producir nitrógeno técnico en los casos en que no se requieren grandes volúmenes y alta pureza.
El proceso de separación por adsorción de medios gaseosos en plantas de nitrógeno se basa en el fenómeno de unión por una sustancia sólida, llamada adsorbente, de componentes individuales de una mezcla de gases. Este fenómeno se debe a las fuerzas de interacción del gas y las moléculas adsorbentes.
Las plantas de nitrógeno funcionan sobre la base de la tecnología de adsorción, basada en la diferente dependencia de la tasa de absorción de los componentes individuales de la mezcla de gases con respecto a la presión y la temperatura. Entre varios tipos de plantas de adsorción para la producción de nitrógeno, las más extendidas en el mundo son las plantas de adsorción por cambio de presión (plantas PSA o PSA).
El esquema de organización del proceso utilizado en las plantas de nitrógeno con este tipo de sistemas se basa en la regulación de la tasa de absorción de los componentes de la mezcla gaseosa que se separa y la regeneración del adsorbente mediante el cambio de presión en dos adsorbentes - recipientes que contienen el adsorbente. Este proceso tiene lugar a una temperatura cercana a la temperatura ambiente. Cuando se utiliza este esquema, la planta produce nitrógeno a una presión superior a la presión atmosférica.
El proceso de adsorción por cambio de presión (PSA) en cada uno de los dos adsorbedores consta de dos etapas. En la etapa de absorción, el adsorbente captura predominantemente uno de los componentes de la mezcla de gases con la producción de nitrógeno producto. En la etapa de regeneración, el componente absorbido se libera del adsorbente y se descarga a la atmósfera. Luego se repite el proceso muchas veces.
Las plantas de nitrógeno permiten obtener nitrógeno con una pureza de hasta el 99,9995%. Tal pureza de nitrógeno también se puede obtener mediante sistemas criogénicos, pero son mucho más complicados y se justifican solo con un volumen de producción muy grande.
El principio de funcionamiento de los sistemas de membrana es la diferencia en la velocidad de penetración de los componentes del gas a través de la sustancia de la membrana. La fuerza impulsora detrás de la separación de gases es la diferencia de presiones parciales en diferentes lados de la membrana.
Desde la llegada de las plantas de nitrógeno basadas en la tecnología de separación de gases por membrana, las características de las membranas utilizadas se han mejorado continuamente. Una membrana de separación de gases moderna ya no es una placa o película plana, sino una fibra hueca. La membrana de fibra hueca consta de una fibra de polímero poroso con una capa de separación de gases aplicada a su superficie exterior.
Estructuralmente, la membrana de fibra hueca se ensambla en forma de cartucho cilíndrico, que es una bobina con una fibra de polímero enrollada a su alrededor de una manera especial. El flujo de gas bajo presión se alimenta al haz de fibras de membrana. Debido a las diferentes presiones parciales sobre las superficies exterior e interior de la membrana, el flujo de gas se separa.
No hay partes móviles en las unidades de separación de gases, lo que asegura la confiabilidad de las instalaciones. Las membranas son muy resistentes a vibraciones y golpes, químicamente inertes a los aceites e insensibles a la humedad, y operan en un amplio rango de temperatura de -40 °C a +60 °C. Sujeto a las condiciones de funcionamiento, el recurso de la unidad de membrana es de 130.000 a 180.000 horas (15-20 años de funcionamiento continuo).
Desventajas de las plantas de nitrógeno de membrana
El funcionamiento de las plantas criogénicas de separación de aire se basa en el método de rectificación a baja temperatura, que se basa en la diferencia de los puntos de ebullición de los componentes del aire y la diferencia en las composiciones de las mezclas de líquidos y vapores en equilibrio. En el proceso de separación del aire a temperaturas criogénicas, se lleva a cabo un intercambio de masa y calor entre las fases líquida y vapor en contacto, formadas por componentes del aire. Como resultado, la fase de vapor se enriquece en el componente de bajo punto de ebullición (componente que tiene un punto de ebullición más bajo) y la fase líquida se enriquece en el componente de alto punto de ebullición. Por lo tanto, al subir por la columna de destilación, el vapor se enriquece con un componente de bajo punto de ebullición, el nitrógeno, y el líquido que desciende se satura con un componente de alto punto de ebullición, el oxígeno.
El método criogénico es el único método que proporciona una alta pureza de los productos de separación, lo cual es importante, con un alto factor de recuperación y cualquier cantidad de producto, lo que conduce a una alta eficiencia. En este caso, el método le permite obtener simultáneamente varios productos de separación y obtener productos tanto en forma de gas como de productos líquidos. Por lo tanto, la tecnología criogénica proporciona una mayor flexibilidad tecnológica.
Las desventajas de las plantas criogénicas incluyen un período de arranque más largo en comparación con las plantas de adsorción y membrana. Por esta razón, este método debe usarse para grandes complejos estacionarios de alta productividad con un largo período de operación continua.