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El nitrógeno es uno de los gases industriales más utilizados. Se utiliza para corte por láser, envasado de alimentos, fabricación de productos electrónicos, procesamiento químico, productos farmacéuticos, tratamiento térmico de metales, purga de petróleo y gas, laboratorios y muchas otras aplicaciones. Dado que el nitrógeno constituye la mayor parte del aire que nos rodea, muchas industrias optan por producir nitrógeno in situ en lugar de depender únicamente de los cilindros entregados o del nitrógeno líquido.
Pero ¿cómo se puede separar el nitrógeno del aire?
La respuesta es la separación de gases. Un generador de nitrógeno separa el nitrógeno del aire comprimido eliminando oxígeno, humedad, dióxido de carbono y ciertas impurezas. En lenguaje industrial práctico, este proceso también puede describirse como extracción de gas con generador de nitrógeno . Sin embargo, esto no significa extracción química o extracción de gas natural. Significa separar físicamente el gas rico en nitrógeno del aire y entregarlo con la pureza, el caudal y la presión requeridos.
Para las empresas que necesitan suministro de nitrógeno in situ, KSTK El generador de nitrógeno puede respaldar la generación industrial de nitrógeno para corte por láser, envasado de alimentos, electrónica, procesamiento químico, productos farmacéuticos y otras aplicaciones.
Este artículo explica cómo funciona la extracción de nitrógeno del aire, qué tecnologías se utilizan habitualmente y cómo elegir el generador de nitrógeno adecuado para las diferentes necesidades industriales.
El nitrógeno se puede separar del aire porque el aire ya contiene una alta proporción de nitrógeno. Un generador de nitrógeno no crea nitrógeno químicamente. En su lugar, utiliza la separación física de gases para eliminar el oxígeno y otros componentes del aire comprimido, dejando gas rico en nitrógeno para uso industrial.
Los puntos clave incluyen:
El aire es la materia prima para la generación de nitrógeno in situ.
La extracción de nitrógeno del aire es un proceso de separación física.
Los generadores de nitrógeno PSA utilizan un tamiz molecular de carbono para separar el nitrógeno del oxígeno.
Los generadores de nitrógeno de membrana utilizan la permeación selectiva de gas a través de fibras huecas.
La separación criogénica del aire utiliza licuefacción y destilación a baja temperatura.
Los sistemas PSA se utilizan ampliamente para la generación industrial de nitrógeno in situ.
El sistema correcto depende de la pureza del nitrógeno, el caudal, la presión, la aplicación, el espacio de instalación y el programa de funcionamiento.
KSTK puede ayudar a adaptar los sistemas generadores de nitrógeno a los requisitos específicos de suministro de gas industrial.
En resumen, la extracción de nitrógeno del aire se entiende mejor como una separación controlada de gases, no como una producción química.
Sí. El nitrógeno se puede separar del aire porque el aire es una mezcla de gases. Los principales componentes del aire seco son nitrógeno, oxígeno, argón, dióxido de carbono y gases traza. Dado que el nitrógeno ya está presente en grandes volúmenes, la generación industrial de nitrógeno se centra en eliminar o separar los demás componentes.
La pureza exacta del nitrógeno depende del método de separación y del diseño del equipo. Algunas aplicaciones solo necesitan nitrógeno de pureza moderada, mientras que otras requieren nitrógeno de pureza alta o ultraalta.
Componente en aire |
Participación aproximada |
Papel en la extracción de nitrógeno |
|---|---|---|
Nitrógeno |
Alrededor del 78% |
Gas del producto objetivo |
Oxígeno |
Alrededor del 21% |
Eliminado o separado |
Argón y gases traza |
Alrededor del 1% |
Puede permanecer en pequeñas cantidades dependiendo de la tecnología. |
Dióxido de carbono |
pequeña cantidad |
Reducido por tratamiento de aire o proceso de separación. |
Humedad |
Variable |
Eliminado por secado y filtración. |
Por eso el aire es una materia prima práctica para la generación de nitrógeno. En lugar de transportar nitrógeno desde un proveedor externo, una fábrica puede utilizar aire comprimido y un sistema de separación de gases para producir nitrógeno in situ.
La extracción de nitrógeno del aire significa separar el gas rico en nitrógeno del aire comprimido. No es lo mismo que extraer gas natural de yacimientos subterráneos. Tampoco es una reacción química que genere nitrógeno a partir de otras sustancias.
En los sistemas de gas industriales, la 'extracción' generalmente se refiere a separar el gas deseado de una mezcla de gases. Para los generadores de nitrógeno, la mezcla de gases es aire comprimido y el gas deseado es nitrógeno.
Un generador de nitrógeno separa gases según propiedades físicas como el tamaño molecular, el comportamiento de adsorción, la velocidad de difusión o el punto de ebullición. La molécula de nitrógeno no sufre cambios químicos. El sistema simplemente separa el nitrógeno del oxígeno y otros componentes.
El aire está disponible en casi todas partes. Cuando se combina con un compresor de aire, un secador, filtros y un equipo de separación de gases, se convierte en una fuente práctica para la producción de nitrógeno in situ.
Esto permite a los usuarios industriales reducir la dependencia del gas suministrado y controlar el suministro de nitrógeno de forma más directa.
Existen tres métodos principales para separar el nitrógeno del aire:
Generación de nitrógeno PSA
Generación de nitrógeno por membrana.
Separación criogénica de aire
Cada método tiene sus propias ventajas, limitaciones y aplicaciones adecuadas.
Un generador de nitrógeno PSA utiliza tecnología de adsorción por cambio de presión. El aire comprimido ingresa a torres de adsorción llenas de tamices moleculares de carbono. Bajo presión, el tamiz molecular de carbono absorbe oxígeno, dióxido de carbono, humedad y ciertas impurezas más fácilmente que el nitrógeno. El gas rico en nitrógeno pasa a través del mismo y se recoge como gas producto.
Cuando una torre de adsorción produce nitrógeno, otra torre se regenera liberando los gases adsorbidos. Este ciclo alterno permite la producción continua de nitrógeno.
Los lectores que deseen una explicación a nivel de producto también pueden revisar la guía de KSTK sobre ¿Qué es un generador de nitrógeno PSA antes de seleccionar un sistema?
Aire ambiente ↓ Compresión de aire ↓ Secado y filtración ↓ Adsorción por tamiz molecular de carbono ↓ Eliminación de oxígeno, humedad y CO₂ ↓ Salida de gas rico en nitrógeno ↓ Tanque de compensación y control de presión ↓ Aplicación industrialEscenario |
Lo que sucede |
Por qué es importante |
|---|---|---|
Compresión de aire |
El aire ambiente está comprimido. |
Proporciona gas crudo para la separación. |
Secado al aire |
Se reduce la humedad |
Protege el material de adsorción. |
Filtración |
Se eliminan el aceite, las partículas y las impurezas. |
Mejora la estabilidad del sistema. |
Adsorción |
El tamiz molecular de carbono adsorbe oxígeno e impurezas. |
Separa el gas rico en nitrógeno |
Entrega de nitrógeno |
El nitrógeno fluye hacia un tanque intermedio. |
Estabiliza el suministro de gas producto |
Regeneración |
Los gases adsorbidos se liberan. |
Prepara la torre para el próximo ciclo. |
Control de presión |
Se ajusta la presión del gas. |
Cumple con los requisitos de la aplicación |
Los generadores de nitrógeno PSA se utilizan ampliamente para el suministro de nitrógeno industrial porque pueden proporcionar una pureza estable, una capacidad de flujo flexible y un funcionamiento in situ.
Un generador de nitrógeno de membrana utiliza membranas de fibra hueca para separar el nitrógeno del aire comprimido. Diferentes moléculas de gas atraviesan la membrana a diferentes velocidades. El oxígeno, el vapor de agua y el dióxido de carbono atraviesan la pared de la membrana más rápido, mientras que el nitrógeno pasa más lentamente y se recoge como gas rico en nitrógeno.
Los sistemas de membrana suelen ser compactos y sencillos de operar. Son útiles para aplicaciones que requieren una pureza moderada del nitrógeno y una menor complejidad de mantenimiento.
Sin embargo, los sistemas de membranas pueden no ser la mejor opción cuando se requiere una pureza de nitrógeno muy alta. Para aplicaciones de alta pureza, los generadores de nitrógeno PSA suelen ser más adecuados.
La separación criogénica del aire separa el nitrógeno y el oxígeno enfriando el aire a temperaturas muy bajas hasta que se licua. A continuación, el aire licuado se separa mediante diferencias en los puntos de ebullición. El nitrógeno y el oxígeno se recuperan como gases o líquidos separados.
Los sistemas criogénicos se utilizan a menudo para volúmenes de producción de gas muy grandes y requisitos de gas de muy alta pureza. Sin embargo, requieren una mayor inversión, equipos complejos y una operación más exigente.
Para muchos usuarios industriales que necesitan nitrógeno in situ en un volumen de moderado a alto, los sistemas de membrana o PSA suelen ser más prácticos que la separación criogénica.
Método |
Principio |
Fuerza típica |
Mejor para |
|---|---|---|---|
Generador de nitrógeno PSA |
El tamiz molecular de carbono adsorbe oxígeno bajo presión |
Pureza estable y uso industrial flexible. |
Corte por láser, electrónica, envasado de alimentos, procesamiento químico. |
Generador de nitrógeno de membrana |
Las fibras huecas separan los gases por velocidad de permeación. |
Diseño compacto y funcionamiento sencillo |
Aplicaciones de pureza moderada y espacio limitado |
Separación criogénica de aire |
El aire se licua y se separa por punto de ebullición. |
Volumen muy grande y alta pureza. |
Grandes plantas de gas y suministro centralizado |
Nitrógeno entregado |
Nitrógeno suministrado por cilindro o tanque de líquido. |
No se necesitan equipos de generación in situ |
Uso bajo u ocasional de nitrógeno |
Si está comparando tecnologías de separación, el artículo de KSTK sobre El generador de nitrógeno de membrana y PSA explica en qué se diferencia cada método en cuanto a pureza, eficiencia, requisitos de espacio e idoneidad de la aplicación.
El nitrógeno extraído del aire se puede utilizar en muchas industrias. La pureza, el caudal y la presión requeridos varían según la aplicación.
El nitrógeno se utiliza como gas auxiliar en el corte por láser. Ayuda a reducir la oxidación en los bordes cortados y permite obtener resultados de corte más limpios en acero inoxidable, aluminio y otros metales sensibles a la oxidación.
El nitrógeno se utiliza para desplazar el oxígeno en los envases. Esto puede ayudar a retardar la oxidación y prolongar la vida útil de muchos productos alimenticios.
La fabricación de productos electrónicos suele utilizar nitrógeno para crear un entorno con bajo contenido de oxígeno para soldadura, hornos de reflujo, protección de componentes y estabilidad del proceso.
El nitrógeno se utiliza para inertización, purga, transferencia de presión y procesos químicos sensibles a la oxidación.
La producción farmacéutica puede utilizar nitrógeno para proteger materiales, reducir la exposición al oxígeno y respaldar entornos de procesamiento controlados.
El nitrógeno se puede utilizar en atmósferas controladas para determinados procesos de tratamiento térmico, según el material y los requisitos del proceso.
El nitrógeno se utiliza para purgas, pruebas de presión, inertización e inertización en operaciones de petróleo y gas.
Los laboratorios utilizan nitrógeno para instrumentos, protección de muestras y entornos de gas controlados.
KSTK Las aplicaciones del generador de nitrógeno muestran cómo la generación de nitrógeno in situ respalda el corte por láser, el envasado de alimentos, la electrónica, el procesamiento químico, el sector farmacéutico y otras industrias.
Solicitud |
Función del nitrógeno |
Requisito clave |
|---|---|---|
Corte por láser |
Ayudar al control de gases y oxidación. |
Pureza, presión, estabilidad del flujo. |
Envasado de alimentos |
Desplazamiento de oxígeno |
Calidad de gas de calidad alimentaria y suministro estable |
Electrónica |
Atmósfera baja en oxígeno |
Alta pureza y consistencia del proceso |
Procesamiento químico |
Inmovilización y purga |
Seguridad, caudal y compatibilidad |
Productos farmacéuticos |
Protección de materiales |
Gas limpio y pureza estable |
Tratamiento térmico |
Atmósfera controlada |
Pureza y flujo específicos del proceso |
Petróleo y gas |
Purga e inertización |
Alto flujo, presión y confiabilidad |
Laboratorios |
Protección de instrumentos y muestras. |
Pureza estable y suministro compacto |
Elegir el generador de nitrógeno adecuado requiere más que saber que el nitrógeno se puede separar del aire. El equipo debe coincidir con la aplicación, los requisitos de calidad del gas, el volumen de producción y las condiciones del sitio.
Diferentes aplicaciones requieren diferentes niveles de pureza de nitrógeno. El corte por láser, la electrónica, el envasado de alimentos y el procesamiento químico pueden necesitar objetivos de pureza diferentes.
Una mayor pureza generalmente requiere un mayor consumo de aire o una mayor capacidad del equipo, por lo que la pureza debe seleccionarse de acuerdo con las necesidades reales del proceso.
El caudal determina cuánto nitrógeno puede suministrar el sistema por hora. El tamaño del generador debe basarse en la demanda normal y la demanda máxima.
Para una producción continua, la estabilidad del caudal es especialmente importante.
La presión de salida de nitrógeno debe coincidir con la del equipo aguas abajo. Las máquinas de corte por láser, las máquinas de envasado, los sistemas químicos y los instrumentos de laboratorio pueden requerir diferentes niveles de presión.
Los sistemas PSA, de membrana y criogénicos son adecuados para diferentes condiciones operativas. El PSA se selecciona comúnmente para usuarios industriales que necesitan una pureza estable y un suministro in situ flexible. Los sistemas de membranas se utilizan a menudo para aplicaciones compactas y de pureza moderada. La separación criogénica se utiliza para la producción a muy gran escala.
Para los sistemas PSA y de membrana, la calidad del aire comprimido es fundamental. La humedad, el aceite y las partículas pueden afectar el rendimiento y la vida útil del sistema.
Un sistema completo puede requerir:
Compresor de aire
Secadora
Filtros de precisión
Filtros de eliminación de aceite
Tanque de compensación de aire
Generador de nitrógeno
Tanque de compensación de nitrógeno
Regulador de presión
Monitoreo de pureza
sistema de control
El espacio de instalación disponible afecta la disposición del equipo. Algunos usuarios prefieren sistemas montados sobre patines, sistemas integrados o estaciones en contenedores dependiendo de las condiciones del sitio.
Un sistema utilizado ocasionalmente tiene requisitos diferentes a los de un sistema que se ejecuta continuamente. Las largas horas de funcionamiento requieren mayor atención a la eficiencia del compresor, la vida útil del adsorbente, la confiabilidad de las válvulas y el acceso para mantenimiento.
El mantenimiento afecta los costos operativos a largo plazo y la estabilidad del gas. Los usuarios deben considerar el reemplazo del filtro, la inspección de la válvula, el estado del CMS, el estado de la membrana, el rendimiento del secador y la calibración del sistema de monitoreo.
Factor de selección |
Qué comprobar |
|---|---|
Pureza del nitrógeno |
Pureza requerida para la calidad del producto o proceso. |
Caudal |
Nm³/h demanda en funcionamiento normal y pico |
Presión de salida |
Presión requerida por el equipo aguas abajo |
Tipo de tecnología |
PSA, membrana o separación criogénica |
Solicitud |
Corte por láser, embalaje, electrónica, química, laboratorio. |
Horario de funcionamiento |
Uso ocasional, turno único o producción continua. |
Calidad del aire comprimido |
Secadora, filtros, remoción de aceite, control de humedad. |
Espacio de instalación |
Interior, exterior, montado sobre patines o en contenedores |
Escucha |
Pureza, presión, flujo, alarmas y estado del sistema. |
Mantenimiento |
Filtros, válvulas, CMS, membrana, inspección de secadores. |
Plan de expansión |
Demanda futura de nitrógeno y crecimiento de equipos |
KSTK proporciona sistemas generadores de nitrógeno para usuarios industriales que necesitan un suministro estable de nitrógeno in situ. Para los usuarios que exploran la extracción de gas con generador de nitrógeno , KSTK puede ayudar a evaluar un sistema de separación de gas adecuado en función de la pureza, el caudal, la presión, las condiciones del aire comprimido, las horas de funcionamiento, el tipo de aplicación, el espacio de instalación y los requisitos de mantenimiento.
Las soluciones de generadores de nitrógeno de KSTK pueden soportar:
Generación de nitrógeno in situ
Generación de nitrógeno PSA
Extracción de gas nitrógeno del aire comprimido.
Suministro de gas auxiliar de corte por láser
Suministro de nitrógeno para envasado de alimentos
Fabricación de electrónica
Inertización y purga química
Procesamiento farmacéutico
Sistemas de separación de gases industriales.
Proyectos de generación de nitrógeno montados en patines o en contenedores
El generador de nitrógeno adecuado no debe seleccionarse únicamente por el nombre del producto. Debe coincidir con la pureza del nitrógeno, el consumo de gas, la presión de trabajo, el diseño del sitio, la calidad del tratamiento del aire y el plan operativo a largo plazo requeridos.
El nitrógeno se puede separar del aire porque el aire ya contiene una gran proporción de nitrógeno. Un generador de nitrógeno utiliza la separación física de gases para eliminar oxígeno, humedad, dióxido de carbono y otros componentes del aire comprimido, dejando gas rico en nitrógeno para uso industrial.
Hay varias formas de separar el nitrógeno del aire. Los generadores de nitrógeno PSA utilizan adsorción por tamiz molecular de carbono, los generadores de nitrógeno de membrana utilizan permeación selectiva de gas y la separación criogénica de aire utiliza licuefacción y destilación a baja temperatura. Cada método tiene sus propias aplicaciones adecuadas.
Para muchos usuarios industriales, la generación de nitrógeno PSA es una opción práctica porque puede proporcionar un suministro estable de nitrógeno in situ para corte por láser, envasado de alimentos, electrónica, procesamiento químico, productos farmacéuticos, laboratorios y otras aplicaciones.
¿Necesita ayuda para separar el nitrógeno del aire para su línea de producción? Comuníquese con KSTK para obtener un sistema de extracción de gas nitrógeno basado en la pureza del nitrógeno, el caudal, la presión, la aplicación, las horas de funcionamiento, las condiciones del aire comprimido y el espacio de instalación requeridos.
Sí. El nitrógeno se puede separar del aire porque el aire es una mezcla de gases que contiene principalmente nitrógeno y oxígeno. Un generador de nitrógeno separa el gas rico en nitrógeno del aire comprimido mediante separación física de gases.
La extracción de nitrógeno del aire significa separar el gas rico en nitrógeno del aire comprimido. Es un proceso de separación física, no una reacción química ni un proceso de extracción de gas subterráneo.
La extracción de gas con generador de nitrógeno se refiere al proceso de utilizar un generador de nitrógeno para extraer gas rico en nitrógeno del aire comprimido. En el uso industrial, esto suele significar PSA o separación de gases por membrana.
Un generador de nitrógeno PSA utiliza aire comprimido y un tamiz molecular de carbono. Se absorben oxígeno, humedad, dióxido de carbono y algunas impurezas, mientras que el gas rico en nitrógeno pasa y se recoge.
La generación de nitrógeno mediante PSA utiliza adsorción por tamiz molecular de carbono, mientras que la generación de nitrógeno por membrana utiliza membranas de fibra hueca que separan los gases según la velocidad de permeación. El PSA se utiliza a menudo para mayor pureza, mientras que los sistemas de membranas suelen ser compactos y adecuados para aplicaciones de pureza moderada.
La separación criogénica del aire puede proporcionar una pureza muy alta y un gran volumen de gas, pero requiere equipos complejos y una mayor inversión. Los generadores de nitrógeno PSA también pueden proporcionar alta pureza para muchas aplicaciones industriales.
La pureza depende de la tecnología y del diseño del sistema. Los generadores de nitrógeno PSA pueden producir una amplia gama de niveles de pureza de nitrógeno para aplicaciones industriales. La pureza requerida debe seleccionarse de acuerdo con el proceso real.
Las industrias que utilizan nitrógeno extraído del aire incluyen el corte por láser, el envasado de alimentos, la fabricación de productos electrónicos, los productos farmacéuticos, el procesamiento químico, el tratamiento térmico, los laboratorios y las operaciones de petróleo y gas.
La generación de nitrógeno in situ puede ser mejor para los usuarios con una demanda alta o constante de nitrógeno porque mejora el control del suministro y reduce la dependencia del suministro de gas. El nitrógeno suministrado aún puede ser adecuado para un uso reducido u ocasional.
Debe evaluar la pureza del nitrógeno, el caudal, la presión de salida, el tipo de aplicación, las horas de funcionamiento, la calidad del aire comprimido, el espacio de instalación, los requisitos de monitoreo, las necesidades de mantenimiento y los planes de expansión futuros.
