Принцип генерации азота PSA
Углеродные молекулярные сита способны одновременно адсорбировать из воздуха как кислород, так и азот; кроме того, их адсорбционная способность увеличивается с ростом давления. Однако при любом данном давлении нет существенной разницы между равновесными адсорбционными емкостями кислорода и азота. Следовательно, трудно добиться эффективного разделения кислорода и азота исключительно на основе изменений давления. Однако, принимая во внимание кинетику адсорбции-, а именно скорость адсорбции-, можно эффективно дифференцировать характеристики адсорбции кислорода и азота. Молекулы кислорода имеют меньший диаметр, чем молекулы азота; следовательно, скорость их диффузии в несколько сотен раз выше, чем у азота. В результате углеродные молекулярные сита очень быстро адсорбируют кислород, достигая более 90% своей адсорбционной способности примерно за одну минуту. В этот же момент адсорбционное поглощение азота составляет всего около 5%. Поэтому вещество, адсорбированное за этот короткий промежуток времени, состоит преимущественно из кислорода, а оставшийся газ-неадсорбированная часть-состоит преимущественно из азота. Таким образом, ограничивая продолжительность адсорбции менее одной минуты, можно добиться предварительного разделения кислорода и азота. По сути, процессы адсорбции и десорбции обусловлены перепадом давления. -адсорбция происходит при повышении давления, а десорбция - при понижении давления. Однако фактическое различие между кислородом и азотом основано на несоответствии скоростей их адсорбции и достигается за счет точного контроля продолжительности адсорбции; за счет очень короткого периода времени кислород полностью адсорбируется, в то время как процесс адсорбции останавливается до того, как азот успеет адсорбироваться.
Принцип криогенного разделения воздуха для производства азота
Системы криогенного производства азота способны производить не только газообразный, но и жидкий азот, тем самым удовлетворяя технологические требования, которые конкретно требуют жидкого азота. Кроме того, полученный жидкий азот можно хранить в специальных резервуарах для хранения. В случаях периодической потребности в азоте или во время незначительного технического обслуживания воздухоразделительной установки жидкий азот, хранящийся в этих резервуарах, можно направить в испаритель, нагреть, а затем подать в трубопровод азота продукта для удовлетворения потребностей в азоте последующего технологического оборудования. Рабочий цикл установки по производству криогенного азота (определяемый как интервал между двумя основными циклами прогрева) обычно длится более одного года; следовательно, обычно считается ненужным предусматривать специальный резервный блок для криогенных систем. Напротив, системы адсорбции при переменном давлении (PSA) способны производить только газообразный азот и не имеют таких резервных возможностей; поэтому один блок PSA не может гарантировать непрерывную, долгосрочную-работу без перебоев.
Принцип мембранного разделения воздуха для производства азота
После сжатия и фильтрации воздух поступает в блок полимерной мембранной сепарации. Поскольку различные газы обладают разной растворимостью и коэффициентами диффузии внутри материала мембраны, они демонстрируют разные относительные скорости проникновения при прохождении через мембрану. По этой характеристике газы можно разделить на две группы: «быстрые газы» и «медленные газы». Когда газовая смесь подвергается воздействию перепада давления на мембране, газы с относительно высокой скоростью проникновения,-такие как вода, водород, гелий, сероводород и диоксид углерода- проходят через мембрану и обогащаются на стороне пермеата. И наоборот, газы с относительно более низкой скоростью проникновения,-такие как метан, азот, окись углерода и аргон-удерживаются и обогащаются на удерживающей стороне мембраны, тем самым достигая разделения газовой смеси.