Sin categorizar

¿Cómo se produce Nitrógeno (N2) con fines industriales?

marzo 9, 2017 Welcome

El gas nitrógeno (N2) es un gas incoloro e inodoro que constituye aproximadamente el 78% de la atmósfera de la tierra. Se utiliza en la industria como un simple asfixiante con la capacidad de inertización, por lo que es útil en muchas aplicaciones en las que no se desea la oxidación.

N2 se produce industrialmente por diversos procesos:

La destilación fraccionada del aire líquido (por empresas como Praxair, Air Liquide, Linde, etc)
Por medios mecánicos que utilizan aire gaseoso:
- Membranas poliméricas
- Adsorción por oscilación de Presión ó PSA

Destilación fraccionada (99,999%): Gases puros se pueden separar del aire refrigerándolos hasta que se conviertan en líquido, para luego destilar de manera selectiva los componentes a sus diferentes temperaturas de ebullición. El proceso puede producir gases de alta pureza, pero requiere de gran cantidad de energía.

Membrana Polimérica (90 a 99,9%): La tecnología de membranas utiliza una fibra permeable que separa selectivamente las moléculas de los componentes del aire en función a la velocidad de cada una de esta. Este proceso requiere que se acondicione el aire a la entrada del sistema, ya que los espacios libres en la fibra son del tamaño de un cabello humano y se podrían bloquear por impurezas en el aire.

Adsorción por oscilación de Presión ó PSA (99 a 99,999%): adsorción por oscilación de presión (PSA) es una tecnología utilizada para separar algunas especies de gas de una mezcla de gases a presión de acuerdo con las características moleculares de las especies y la afinidad por un material adsorbente. PSA opera a temperaturas cercanas a la ambiente y difiere significativamente de las técnicas de destilación criogénica de separación de gases. PSA utiliza materiales adsorbentes específicos (por ejemplo: zeolitas, carbón activado, tamices moleculares, etc.) como una trampa, la cual tiene preferencia para adsorber un componente especifico del gas a alta presión.

La tecnología en la cual se especializa IFS es la separación de aire gaseoso por medio de membrana polimérica.

Generación de N2 con membranas: Acondicionamiento del aire de entrada

Filtros coalescentes de entrada: En cada paquete de generación de nitrógeno es crítico que el equipo cuente con un sistema de filtración que proteja la membrana de nitrógeno de daños y aumente su eficiencia. Dos filtros coalescentes a la entrada del sistema eliminan la humedad del aire hasta 0,01 micras.

Calentador de inmersión: un calentador de inmersión es un componente esencial debido a los líquidos que pueden haber pasado más allá de los filtros coalescentes. Este calentador proporciona aproximadamente 10 ° C de sobrecalentamiento al aire, asegurando así no hay líquidos a la entrada de las membranas de nitrógeno.

Filtro de Carbón Activado: Una vez que se calienta el aire, este pasa a través de un lecho o filtro de carbón activado para eliminar los vapores de hidrocarburos adicionales antes de entrar en las membranas.

Filtro de Partículas: Después de los filtros de carbono, el aire pasa a través de un filtro de partículas para eliminar pequeñas partículas sólidas que se pueden desprender de los filtros de carbono antes de entrar en las membranas.

Las membranas de nitrógeno

El corazón de la tecnología son los materiales de las membranas poliméricas que permiten el paso rápido de un gas mientras reducen al mínimo el paso de otros gases cuando se aplica un gradiente de presión a través de la membrana. De esta manera, la membrana separa oxígeno y otros “gases rápidos” de aire comprimido y genera de esta forma una corriente de nitrógeno de alta pureza.

Las membranas están constituidas por polímeros especiales en forma de fibras huecas (tubulares), las cuales proporcionan una elevada superficie. Esto resulta en altas tasas volumétricas de procesamiento de gas.

Los filtros utilizados por IFS tienen una alta temperatura de funcionamiento (hasta 180 ° F) y poseen certificaciones PED y DNV. Existen fibras de membranas N1 ó P3. Las fibras P3 ofrecen la más alta recuperación de cualquier membrana en el mercado.

Sistemas de control de generación de Nitrógeno

La eficiencia es la cantidad de N2 producido vs. la cantidad de aire de alimentación suministrado a la membrana.

La eficiencia puede ser controlada mediante el ajuste de las siguientes variables de proceso:

Temperatura del aire de alimentación (se produce más a temperaturas más altas)
La presión del aire de alimentación (se produce más a mayor presión)
Contenido de oxígeno del producto (más eficiente al mayor contenido de O2)

Es posible monitorear la pureza del N2 generado, mediante el uso de analizadores de oxígeno (tipo de óxido de circonio o tipo célula de combustible galvánico). Válvulas de pureza controladas por el Analizador de Oxígeno mantienen el nivel de pureza de nitrógeno deseado. La válvula de selección Fuera de Especificación / Producto automáticamente dirigen el producto N2 a procesar o al respiradero, dependiendo de la calidad del producto.

Aunque IFS normalmente utiliza un controlador Allen Bradley CompactLogix como el cerebro central para el control, IFS tiene la capacidad de cumplir con cualquier marca o modelo de controlador (Siemens, etc.) o de configuración HMI (Interfaz Hombre-Máquina) que el proyecto requiera.

Productos Generados y Aplicaciones para N2

Generación de nitrógeno