Separação criogênica de ar para produção de nitrogênio
A separação criogênica do ar é um método tradicional de produção de nitrogênio, com uma história que se estende por várias décadas. Utiliza o ar como matéria-prima; após passar por compressão e purificação, o ar é liquefeito em ar líquido por meio da troca de calor. O ar líquido é principalmente uma mistura de oxigênio líquido e nitrogênio líquido. Ao aproveitar a diferença em seus pontos de ebulição-em uma atmosfera padrão, o ponto de ebulição do oxigênio é -183 graus, enquanto o do nitrogênio é -196 graus -os dois componentes são separados através da retificação do ar líquido para produzir gás nitrogênio. O equipamento criogénico de separação do ar é complexo, ocupa uma grande área, implica elevados custos de infraestrutura e um investimento de capital inicial substancial, além de incorrer em elevados custos operacionais. Além disso, o ciclo de produção de gás é relativamente lento (leva de 12 a 24 horas) e o processo de instalação envolve requisitos rigorosos e um cronograma longo. Ao avaliar de forma abrangente fatores como equipamentos, instalação e infraestrutura, para sistemas com capacidade inferior a 3.500 Nm³/h, o investimento necessário para uma unidade PSA (Adsorção por oscilação de pressão) de especificações equivalentes é normalmente 20% a 50% menor do que o de uma unidade criogênica de separação de ar. Conseqüentemente, embora as unidades criogênicas de separação de ar sejam adequadas-para a produção industrial de nitrogênio em grande-escala, elas se mostram economicamente inviáveis para aplicações de média e pequena escala.
Separação de ar por peneira molecular para produção de nitrogênio
Este método utiliza ar como matéria-prima e peneiras moleculares de carbono como adsorvente. Ao aplicar o princípio de adsorção por oscilação de pressão (PSA),-que explora as propriedades de adsorção seletiva das peneiras moleculares de carbono em relação ao oxigênio e ao nitrogênio para efetuar sua separação,-o gás nitrogênio é produzido. Esta técnica é comumente referida como geração de nitrogênio PSA. Representa uma nova tecnologia de produção de nitrogênio que passou por rápido desenvolvimento durante a década de 1970. Comparado aos métodos tradicionais de produção de nitrogênio, o PSA oferece diversas vantagens distintas: fluxo de processo simplificado, alto grau de automação, produção rápida de gás (normalmente de 15 a 30 minutos) e baixo consumo de energia. Além disso, a pureza do produto gasoso pode ser ajustada em uma ampla faixa para atender às necessidades específicas do usuário. O equipamento é fácil de operar e manter, acarreta custos operacionais mais baixos e demonstra forte adaptabilidade a diversas condições. Consequentemente, é altamente competitivo no segmento de equipamentos de produção de nitrogênio com capacidades inferiores a 1.000 Nm³/h; tendo ganhado popularidade crescente entre consumidores de nitrogênio de médio- e pequeno-escala, a geração de nitrogênio PSA agora se tornou o método preferido para usuários nesses setores.
Separação de Ar por Membrana para Produção de Nitrogênio
Este método utiliza o ar como matéria-prima e, sob condições de pressão específicas, consegue a separação de oxigênio e nitrogênio explorando as diferentes taxas de permeação exibidas por esses gases-que possuem propriedades físicas distintas-à medida que passam através de uma membrana de separação. Em comparação com outros equipamentos de geração de nitrogênio, oferece diversas vantagens: estrutura mais simples, tamanho mais compacto, ausência de válvulas de comutação, requisitos reduzidos de manutenção, produção de gás mais rápida (menor ou igual a 3 minutos) e facilidade de expansão de capacidade. Ele é particularmente adequado-para usuários de nitrogênio de pequena-a{7}}média-escala que exigem uma pureza de nitrogênio menor ou igual a 98%, oferecendo uma ótima relação preço-desempenho. No entanto, quando os requisitos de pureza do azoto excedem 98%, o seu custo é mais de 15% superior ao de um gerador de azoto PSA com especificações equivalentes.
