Zasada wytwarzania azotu PSA
Węglowe sita molekularne są w stanie jednocześnie adsorbować z powietrza zarówno tlen, jak i azot; ponadto ich zdolność adsorpcji wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia. Jednakże przy dowolnym ciśnieniu nie ma znaczącej różnicy pomiędzy równowagowymi zdolnościami adsorpcji tlenu i azotu. W rezultacie trudno jest osiągnąć skuteczne oddzielenie tlenu i azotu w oparciu wyłącznie o zmiany ciśnienia. Jednakże biorąc pod uwagę kinetykę adsorpcji,-w szczególności szybkość adsorpcji-, można skutecznie różnicować właściwości adsorpcji tlenu i azotu. Cząsteczki tlenu mają mniejszą średnicę niż cząsteczki azotu; w konsekwencji ich szybkość dyfuzji jest kilkaset razy większa niż azotu. W rezultacie węglowe sita molekularne bardzo szybko adsorbują tlen, osiągając ponad 90% swojej zdolności adsorpcyjnej w ciągu około jednej minuty. W tym samym momencie absorpcja azotu przez adsorpcję wynosi tylko około 5%. Dlatego substancja zaadsorbowana podczas tego krótkiego okresu składa się głównie z tlenu, podczas gdy pozostały gaz-w niezaadsorbowanej części-składa się głównie z azotu. Zatem, ograniczając czas trwania adsorpcji do mniej niż jednej minuty, można osiągnąć wstępne oddzielenie tlenu i azotu. Zasadniczo procesy adsorpcji i desorpcji napędzane są różnicami ciśnień.-Adsorpcja zachodzi, gdy ciśnienie wzrasta, a desorpcja ma miejsce, gdy ciśnienie maleje. Rzeczywiste rozróżnienie pomiędzy tlenem i azotem opiera się jednak na różnicy w szybkościach ich adsorpcji i osiąga się je poprzez precyzyjną kontrolę czasu trwania adsorpcji; Utrzymując ten czas bardzo krótko, tlen zostaje całkowicie zaadsorbowany, podczas gdy proces adsorpcji zostaje zatrzymany, zanim azot będzie miał wystarczająco dużo czasu na zaadsorbowanie.
Zasada kriogenicznej separacji powietrza w celu wytwarzania azotu
Systemy kriogenicznego wytwarzania azotu są w stanie wytwarzać nie tylko azot gazowy, ale także azot ciekły, spełniając w ten sposób wymagania procesowe, które w szczególności wymagają ciekłego azotu. Ponadto wytworzony ciekły azot można magazynować w dedykowanych zbiornikach magazynowych. W przypadkach sporadycznego zapotrzebowania na azot lub podczas drobnych prac konserwacyjnych jednostki separacji powietrza, ciekły azot przechowywany w tych zbiornikach można skierować do odparowywacza, ogrzać, a następnie wprowadzić do rurociągu azotu produktowego w celu zaspokojenia zapotrzebowania na azot w dalszym obiekcie procesowym. Cykl operacyjny kriogenicznej instalacji wytwarzania azotu (definiowany jako przerwa między dwoma głównymi-cyklami rozgrzewania) zazwyczaj trwa dłużej niż jeden rok; w związku z tym ogólnie uważa się, że nie jest konieczne zapewnienie dedykowanej jednostki zapasowej dla systemów kriogenicznych. Z kolei systemy adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA) są w stanie wytwarzać wyłącznie azot w postaci gazowej i nie mają takich możliwości rezerwowych; dlatego pojedyncza jednostka PSA nie może zagwarantować ciągłej,-długoterminowej pracy bez przerw.
Zasada membranowej separacji powietrza w celu wytwarzania azotu
Powietrze po sprężeniu i przefiltrowaniu trafia do jednostki separacji z membraną polimerową. Ponieważ różne gazy mają różną rozpuszczalność i współczynniki dyfuzji w materiale membrany, wykazują one różne względne szybkości przenikania podczas przechodzenia przez membranę. Na podstawie tej cechy gazy można ogólnie podzielić na dwie grupy: „gazy szybkie” i „gazy wolne”. Gdy mieszanina gazów poddawana jest działaniu różnicy ciśnień na membranie, gazy o stosunkowo dużej szybkości przenikania,-takie jak woda, wodór, hel, siarkowodór i dwutlenek węgla-przechodzą przez membranę i wzbogacają się po stronie permeatu. I odwrotnie, gazy o stosunkowo mniejszej szybkości przenikania,-takie jak metan, azot, tlenek węgla i argon,-są zatrzymywane i wzbogacane po stronie retentatu membrany, co pozwala na rozdzielenie mieszaniny gazów.