Nguyên lý tạo nitơ PSA
Sàng phân tử carbon có khả năng hấp phụ đồng thời cả oxy và nitơ từ không khí; hơn nữa, khả năng hấp phụ của chúng tăng lên khi áp suất tăng. Tuy nhiên, ở bất kỳ áp suất nào cũng không có sự khác biệt đáng kể giữa khả năng hấp phụ cân bằng của oxy và nitơ. Do đó, rất khó để đạt được sự phân tách hiệu quả oxy và nitơ chỉ dựa vào sự thay đổi áp suất. Tuy nhiên, bằng cách tính đến động học hấp phụ-cụ thể là tốc độ hấp phụ-, các đặc tính hấp phụ của oxy và nitơ có thể được phân biệt một cách hiệu quả. Phân tử oxy có đường kính nhỏ hơn phân tử nitơ; do đó, tốc độ khuếch tán của chúng nhanh hơn hàng trăm lần so với nitơ. Kết quả là, sàng phân tử cacbon hấp thụ oxy rất nhanh, đạt trên 90% khả năng hấp phụ trong vòng khoảng một phút. Tại cùng thời điểm này, khả năng hấp thụ nitơ chỉ khoảng 5%. Do đó, chất bị hấp phụ trong khoảng thời gian ngắn này chủ yếu bao gồm oxy, trong khi phần khí còn lại-phần không bị hấp phụ{12}}bao gồm chủ yếu là nitơ. Do đó, bằng cách giới hạn thời gian hấp phụ dưới một phút, có thể đạt được sự phân tách sơ bộ giữa oxy và nitơ. Về bản chất, quá trình hấp phụ và giải hấp được thúc đẩy bởi sự chênh lệch áp suất.-sự hấp phụ xảy ra khi áp suất tăng và quá trình giải hấp xảy ra khi áp suất giảm. Tuy nhiên, sự khác biệt thực tế giữa oxy và nitơ phụ thuộc vào sự chênh lệch về tốc độ hấp phụ của chúng và đạt được bằng cách kiểm soát chính xác thời gian hấp phụ; bằng cách giữ khoảng thời gian này rất ngắn, oxy được hấp phụ hoàn toàn, trong khi quá trình hấp phụ bị dừng lại trước khi nitơ có đủ thời gian để được hấp phụ.
Nguyên lý tách không khí đông lạnh để tạo nitơ
Các hệ thống sản xuất nitơ đông lạnh có khả năng sản xuất không chỉ nitơ khí mà còn cả nitơ lỏng, do đó đáp ứng các yêu cầu quy trình đặc biệt yêu cầu nitơ lỏng. Hơn nữa, nitơ lỏng được sản xuất có thể được lưu trữ trong các bể chứa chuyên dụng. Trong trường hợp nhu cầu nitơ không liên tục hoặc trong quá trình bảo trì nhỏ bộ phận tách khí, nitơ lỏng được lưu trữ trong các bể này có thể được dẫn vào máy hóa hơi, đun nóng và sau đó đưa vào đường ống nitơ sản phẩm để đáp ứng yêu cầu về nitơ của cơ sở xử lý tiếp theo. Chu kỳ hoạt động của nhà máy sản xuất nitơ đông lạnh (được định nghĩa là khoảng thời gian giữa hai chu kỳ khởi động-chính) thường kéo dài hơn một năm; do đó, nhìn chung được coi là không cần thiết để cung cấp thiết bị dự phòng chuyên dụng cho hệ thống đông lạnh. Ngược lại, hệ thống Hấp phụ xoay áp suất (PSA) chỉ có khả năng tạo ra nitơ khí và thiếu khả năng dự phòng như vậy; do đó, một đơn vị PSA không thể đảm bảo hoạt động liên tục, lâu dài-không bị gián đoạn.
Nguyên lý tách khí qua màng để tạo nitơ
Sau khi được nén và lọc, không khí đi vào bộ phận tách màng polyme. Bởi vì các loại khí khác nhau có độ hòa tan và hệ số khuếch tán khác nhau trong vật liệu màng nên chúng có tốc độ thẩm thấu tương đối khác nhau khi chúng đi qua màng. Dựa trên đặc điểm này, các loại khí có thể được phân loại thành hai nhóm: “khí nhanh” và “khí chậm”. Khi hỗn hợp khí chịu sự chênh lệch áp suất qua màng, các khí có tốc độ thẩm thấu tương đối nhanh-chẳng hạn như nước, hydro, heli, hydro sunfua và carbon dioxide-sẽ đi qua màng và trở nên giàu dinh dưỡng ở phía thấm qua. Ngược lại, các khí có tốc độ thẩm thấu tương đối chậm hơn-như metan, nitơ, carbon monoxide và argon-được giữ lại và làm giàu ở phía retentate của màng, nhờ đó đạt được sự phân tách hỗn hợp khí.