O nitrogênio é um dos gases industriais mais utilizados. É usado para corte a laser, embalagem de alimentos, fabricação de eletrônicos, processamento químico, produtos farmacêuticos, tratamento térmico de metais, purga de petróleo e gás, laboratórios e muitas outras aplicações. Como o nitrogênio constitui a maior parte do ar que nos rodeia, muitas indústrias optam por produzir nitrogênio no local, em vez de depender apenas dos cilindros entregues ou do nitrogênio líquido.

Mas como o nitrogênio pode ser separado do ar?

A resposta é a separação de gases. Um gerador de nitrogênio separa o nitrogênio do ar comprimido removendo oxigênio, umidade, dióxido de carbono e certas impurezas. Em linguagem industrial prática, este processo também pode ser descrito como Extração de Gás Gerador de Nitrogênio . No entanto, isso não significa extração química ou extração de gás natural. Significa separar fisicamente o gás rico em nitrogênio do ar e fornecê-lo com a pureza, vazão e pressão exigidas.

Para empresas que necessitam de fornecimento de nitrogênio no local, os KSTK's O gerador de nitrogênio pode suportar a geração industrial de nitrogênio para corte a laser, embalagens de alimentos, eletrônicos, processamento químico, produtos farmacêuticos e outras aplicações.

Este artigo explica como funciona a extração de nitrogênio do ar, quais tecnologias são comumente usadas e como escolher o gerador de nitrogênio certo para diferentes necessidades industriais.

Principal vantagem

O nitrogênio pode ser separado do ar porque o ar já contém uma alta proporção de nitrogênio. Um gerador de nitrogênio não cria nitrogênio quimicamente. Em vez disso, utiliza a separação física do gás para remover o oxigênio e outros componentes do ar comprimido, deixando o gás rico em nitrogênio para uso industrial.

Os pontos principais incluem:

• O ar é a matéria-prima para a geração de nitrogênio no local.

• A extração de nitrogênio do ar é um processo de separação física.

• Os geradores de nitrogênio PSA usam peneira molecular de carbono para separar o nitrogênio do oxigênio.

• Os geradores de nitrogênio por membrana usam permeação seletiva de gás através de fibras ocas.

• A separação criogênica do ar usa liquefação e destilação em baixa temperatura.

• Os sistemas PSA são amplamente utilizados para geração industrial de nitrogênio no local.

• O sistema certo depende da pureza do nitrogênio, vazão, pressão, aplicação, espaço de instalação e cronograma de operação.

• A KSTK pode ajudar a adequar os sistemas geradores de nitrogênio aos requisitos específicos de fornecimento de gás industrial.

Em suma, a extração de nitrogênio do ar é melhor entendida como separação controlada de gases, e não como produção química.

O nitrogênio pode ser separado do ar?

Sim. O nitrogênio pode ser separado do ar porque o ar é uma mistura de gases. Os principais componentes do ar seco são nitrogênio, oxigênio, argônio, dióxido de carbono e gases residuais. Como o nitrogênio já está presente em grande volume, a geração industrial de nitrogênio concentra-se na remoção ou separação dos demais componentes.

A pureza exata do nitrogênio depende do método de separação e do projeto do equipamento. Algumas aplicações necessitam apenas de nitrogênio de pureza moderada, enquanto outras requerem nitrogênio de alta pureza ou ultra-alta pureza.

Alvo de Composição e Separação do Ar

É por isso que o ar é uma matéria-prima prática para a geração de nitrogênio. Em vez de transportar azoto de um fornecedor externo, uma fábrica pode utilizar ar comprimido e um sistema de separação de gases para produzir azoto no local.

O que significa extração de nitrogênio do ar?

A extração de nitrogênio do ar significa separar o gás rico em nitrogênio do ar comprimido. Não é a mesma coisa que extrair gás natural de reservatórios subterrâneos. Também não é uma reação química que cria nitrogênio a partir de outras substâncias.

Em sistemas de gases industriais, “extração” geralmente se refere à separação do gás desejado de uma mistura de gases. Para geradores de nitrogênio, a mistura de gases é ar comprimido e o gás desejado é nitrogênio.

É separação física de gases, não produção química

Um gerador de nitrogênio separa gases de acordo com propriedades físicas, como tamanho molecular, comportamento de adsorção, taxa de difusão ou ponto de ebulição. A molécula de nitrogênio não é alterada quimicamente. O sistema simplesmente separa o nitrogênio do oxigênio e de outros componentes.

Por que o ar é uma fonte prática de nitrogênio

O ar está disponível em quase todos os lugares. Quando combinado com um compressor de ar, secador, filtros e equipamento de separação de gases, torna-se uma fonte prática para a produção de nitrogênio no local.

Isto permite que os utilizadores industriais reduzam a dependência do gás fornecido e controlem o fornecimento de azoto de forma mais direta.

Principais métodos para separar o nitrogênio do ar

Existem três métodos principais para separar o nitrogênio do ar:

1. Geração de nitrogênio PSA

2. Geração de nitrogênio na membrana

3. Separação criogênica de ar

Cada método tem suas próprias vantagens, limitações e aplicações adequadas.

Geração de nitrogênio PSA

Um gerador de nitrogênio PSA usa tecnologia de adsorção com oscilação de pressão. O ar comprimido entra em torres de adsorção preenchidas com peneira molecular de carbono. Sob pressão, a peneira molecular de carbono adsorve oxigênio, dióxido de carbono, umidade e certas impurezas mais facilmente do que o nitrogênio. O gás rico em nitrogênio passa e é coletado como gás produto.

Quando uma torre de adsorção produz nitrogênio, outra torre se regenera liberando os gases adsorvidos. Este ciclo alternado permite a produção contínua de nitrogênio.

Os leitores que desejam uma explicação em nível de produto também podem revisar o guia do KSTK sobre O que é um gerador de nitrogênio PSA antes de selecionar um sistema.

Fluxo de extração de gás do gerador de nitrogênio PSA

Ar ambiente ↓ Compressão de ar ↓ Secagem e filtração ↓ Adsorção de peneira molecular de carbono ↓ Oxigênio, umidade e CO₂ removidos ↓ Saída de gás rico em nitrogênio ↓ Tanque tampão e controle de pressão ↓ Aplicação industrial

Principais etapas do processo PSA

Os geradores de nitrogênio PSA são amplamente utilizados para fornecimento de nitrogênio industrial porque podem fornecer pureza estável, capacidade de fluxo flexível e operação no local.

Geração de Nitrogênio por Membrana

Um gerador de nitrogênio por membrana usa membranas de fibra oca para separar o nitrogênio do ar comprimido. Diferentes moléculas de gás passam através da membrana em velocidades diferentes. O oxigênio, o vapor d'água e o dióxido de carbono passam através da parede da membrana mais rapidamente, enquanto o nitrogênio passa mais lentamente e é coletado como gás rico em nitrogênio.

Os sistemas de membrana são frequentemente compactos e simples de operar. Eles são úteis para aplicações que exigem pureza moderada de nitrogênio e menor complexidade de manutenção.

No entanto, os sistemas de membrana podem não ser a melhor escolha quando é necessária uma pureza de nitrogênio muito alta. Para aplicações de alta pureza, os geradores de nitrogênio PSA costumam ser mais adequados.

Separação Criogênica de Ar

A separação criogênica do ar separa o nitrogênio e o oxigênio resfriando o ar a temperaturas muito baixas até que ele se liquefaça. O ar liquefeito é então separado por diferenças de ponto de ebulição. O nitrogênio e o oxigênio são recuperados como gases ou líquidos separados.

Os sistemas criogênicos são frequentemente usados ​​para grandes volumes de produção de gás e requisitos de gás de altíssima pureza. Porém, exigem maiores investimentos, equipamentos complexos e operação mais exigente.

Para muitos usuários industriais que precisam de nitrogênio no local em volume moderado a alto, os sistemas PSA ou de membrana são geralmente mais práticos do que a separação criogênica.

PSA vs Membrana vs Separação Criogênica de Nitrogênio

Se você estiver comparando tecnologias de separação, o artigo do KSTK sobre PSA e gerador de nitrogênio de membrana explica como cada método difere em pureza, eficiência, necessidade de espaço e adequação à aplicação.

Onde o nitrogênio extraído do ar é usado

O nitrogênio extraído do ar pode ser usado em muitas indústrias. A pureza, vazão e pressão necessárias variam de acordo com a aplicação.

Corte a laser

O nitrogênio é usado como gás auxiliar no corte a laser. Ajuda a reduzir a oxidação nas bordas cortadas e oferece resultados de corte mais limpos para aço inoxidável, alumínio e outros metais sensíveis à oxidação.

Embalagem de alimentos

O nitrogênio é usado para substituir o oxigênio nas embalagens. Isso pode ajudar a retardar a oxidação e prolongar a vida útil de muitos produtos alimentícios.

Fabricação de Eletrônicos

A fabricação de eletrônicos geralmente usa nitrogênio para criar um ambiente com baixo teor de oxigênio para soldagem, fornos de refluxo, proteção de componentes e estabilidade de processo.

Processamento Químico

O nitrogênio é usado para cobertura, purga, transferência de pressão e processos químicos sensíveis à oxidação.

Produtos farmacêuticos

A produção farmacêutica pode utilizar nitrogênio para proteger materiais, reduzir a exposição ao oxigênio e apoiar ambientes de processamento controlados.

Tratamento térmico de metais

O nitrogênio pode ser usado em atmosferas controladas para determinados processos de tratamento térmico, dependendo do material e dos requisitos do processo.

Purga de Petróleo e Gás

O nitrogênio é usado para purga, testes de pressão, cobertura e inertização em operações de petróleo e gás.

Laboratórios

Os laboratórios usam nitrogênio para instrumentos, proteção de amostras e ambientes controlados de gás.

KSTKs As aplicações de geradores de nitrogênio mostram como a geração de nitrogênio no local suporta corte a laser, embalagens de alimentos, eletrônicos, processamento químico, produtos farmacêuticos e outras indústrias.

Tabela de aplicação e necessidade de nitrogênio

Como escolher o gerador de nitrogênio certo

Escolher o gerador de nitrogênio certo exige mais do que saber que o nitrogênio pode ser separado do ar. O equipamento deve atender à aplicação, aos requisitos de qualidade do gás, ao volume de produção e às condições do local.

1. Pureza do nitrogênio

Diferentes aplicações requerem diferentes níveis de pureza de nitrogênio. Corte a laser, eletrônicos, embalagens de alimentos e processamento químico podem precisar de diferentes metas de pureza.

Maior pureza geralmente requer maior consumo de ar ou maior capacidade do equipamento, portanto a pureza deve ser selecionada de acordo com as necessidades reais do processo.

2. Taxa de fluxo

A taxa de fluxo determina quanto nitrogênio o sistema pode fornecer por hora. O gerador deve ser dimensionado com base na demanda normal e na demanda de pico.

Para produção contínua, a estabilidade da taxa de fluxo é especialmente importante.

3. Pressão de saída

A pressão de saída do nitrogênio deve corresponder ao equipamento a jusante. Máquinas de corte a laser, máquinas de embalagem, sistemas químicos e instrumentos de laboratório podem exigir diferentes níveis de pressão.

4. Tipo de tecnologia

Os sistemas PSA, de membrana e criogênicos são adequados para diferentes condições operacionais. O PSA é comumente selecionado para usuários industriais que precisam de pureza estável e fornecimento flexível no local. Os sistemas de membrana são frequentemente usados ​​para aplicações compactas e de pureza moderada. A separação criogênica é usada para produção em grande escala.

5. Qualidade do Ar Comprimido

Para sistemas PSA e de membrana, a qualidade do ar comprimido é crítica. Umidade, óleo e partículas podem afetar o desempenho e a vida útil do sistema.

Um sistema completo pode exigir:

• Compressor de ar

• Secador

• Filtros de precisão

• Filtros de remoção de óleo

• Tanque tampão de ar

• Gerador de nitrogênio

• Tanque tampão de nitrogênio

• Regulador de pressão

• Monitoramento de pureza

• Sistema de controle

6. Espaço de instalação

O espaço de instalação disponível afeta o layout do equipamento. Alguns usuários preferem sistemas montados em skids, sistemas integrados ou estações em contêineres, dependendo das condições do local.

7. Horário de funcionamento

Um sistema usado ocasionalmente possui requisitos diferentes de um sistema executado continuamente. Longas horas de operação exigem maior atenção à eficiência do compressor, vida útil do adsorvente, confiabilidade da válvula e acesso para manutenção.

8. Necessidades de manutenção

A manutenção afeta o custo operacional a longo prazo e a estabilidade do gás. Os usuários devem considerar a substituição do filtro, inspeção da válvula, condição do CMS, condição da membrana, desempenho do secador e calibração do sistema de monitoramento.

Lista de verificação de seleção de gerador de nitrogênio

Por que escolher as soluções de gerador de nitrogênio KSTK?

A KSTK fornece sistemas geradores de nitrogênio para usuários industriais que precisam de fornecimento estável de nitrogênio no local. Para usuários que exploram a extração de gás do gerador de nitrogênio , a KSTK pode ajudar a avaliar um sistema de separação de gás adequado com base na pureza, vazão, pressão, condições de ar comprimido, horas de operação, tipo de aplicação, espaço de instalação e requisitos de manutenção.

As soluções de gerador de nitrogênio KSTK podem suportar:

• Geração de nitrogênio no local

• Geração de nitrogênio PSA

• Extração de gás nitrogênio do ar comprimido

• Fornecimento de gás auxiliar para corte a laser

• Fornecimento de nitrogênio para embalagens de alimentos

• Fabricação de eletrônicos

• Cobertura química e purga

• Processamento farmacêutico

• Sistemas industriais de separação de gases

• Projetos de geração de nitrogênio montados em skids ou em contêineres

O gerador de nitrogênio correto não deve ser selecionado apenas pelo nome do produto. Deve ser compatível com a pureza de nitrogênio necessária, consumo de gás, pressão de trabalho, layout do local, qualidade do tratamento do ar e plano operacional de longo prazo.

Conclusão

O nitrogênio pode ser separado do ar porque o ar já contém uma grande proporção de nitrogênio. Um gerador de nitrogênio usa separação física de gás para remover oxigênio, umidade, dióxido de carbono e outros componentes do ar comprimido, deixando gás rico em nitrogênio para uso industrial.

Existem várias maneiras de separar o nitrogênio do ar. Os geradores de nitrogênio PSA usam adsorção de peneira molecular de carbono, os geradores de nitrogênio por membrana usam permeação seletiva de gás e a separação criogênica de ar usa liquefação e destilação em baixa temperatura. Cada método tem suas próprias aplicações adequadas.

Para muitos usuários industriais, a geração de nitrogênio PSA é uma escolha prática porque pode fornecer fornecimento estável de nitrogênio no local para corte a laser, embalagens de alimentos, eletrônicos, processamento químico, produtos farmacêuticos, laboratórios e outras aplicações.

Precisa de ajuda para separar o nitrogênio do ar em sua linha de produção? Entre em contato com a KSTK para obter um sistema de extração de gás nitrogênio com base na pureza de nitrogênio, vazão, pressão, aplicação, horas de operação, condições de ar comprimido e espaço de instalação necessários.

Perguntas frequentes

1. O nitrogênio pode ser separado do ar?

Sim. O nitrogênio pode ser separado do ar porque o ar é uma mistura gasosa que contém principalmente nitrogênio e oxigênio. Um gerador de nitrogênio separa o gás rico em nitrogênio do ar comprimido por meio da separação física do gás.

2. O que é a extração de nitrogênio do ar?

A extração de nitrogênio do ar significa separar o gás rico em nitrogênio do ar comprimido. É um processo de separação física, não uma reação química ou processo de extração subterrânea de gás.

3. O que significa extração de gás gerador de nitrogênio?

A extração de gás do gerador de nitrogênio refere-se ao processo de uso de um gerador de nitrogênio para extrair gás rico em nitrogênio do ar comprimido. No uso industrial, isso geralmente significa PSA ou separação de gases por membrana.

4. Como um gerador de nitrogênio PSA separa o nitrogênio do ar?

Um gerador de nitrogênio PSA usa ar comprimido e peneira molecular de carbono. Oxigênio, umidade, dióxido de carbono e algumas impurezas são adsorvidos, enquanto o gás rico em nitrogênio passa e é coletado.

5. Qual é a diferença entre PSA e geração de nitrogênio pela membrana?

A geração de nitrogênio PSA usa adsorção por peneira molecular de carbono, enquanto a geração de nitrogênio por membrana usa membranas de fibra oca que separam os gases pela velocidade de permeação. O PSA é frequentemente usado para maior pureza, enquanto os sistemas de membrana são frequentemente compactos e adequados para aplicações de pureza moderada.

6. Qual método fornece a maior pureza de nitrogênio?

A separação criogênica do ar pode fornecer pureza muito alta e grande volume de gás, mas requer equipamentos complexos e maior investimento. Os geradores de nitrogênio PSA também podem fornecer alta pureza para muitas aplicações industriais.

7. Que pureza um gerador de nitrogênio pode produzir?

A pureza depende da tecnologia e do design do sistema. Os geradores de nitrogênio PSA podem produzir uma ampla gama de níveis de pureza de nitrogênio para aplicações industriais. A pureza necessária deve ser selecionada de acordo com o processo real.

8. Quais indústrias utilizam nitrogênio extraído do ar?

As indústrias que utilizam nitrogênio extraído do ar incluem corte a laser, embalagens de alimentos, fabricação de eletrônicos, produtos farmacêuticos, processamento químico, tratamento térmico, laboratórios e operações de petróleo e gás.

9. A geração de nitrogênio no local é melhor do que o nitrogênio fornecido?

A geração de nitrogênio no local pode ser melhor para usuários com demanda constante ou alta de nitrogênio, pois melhora o controle do fornecimento e reduz a dependência do fornecimento de gás. O nitrogênio fornecido ainda pode ser adequado para uso baixo ou ocasional.

10. Como escolho o gerador de nitrogênio certo?

Você deve avaliar a pureza do nitrogênio, vazão, pressão de saída, tipo de aplicação, horas de operação, qualidade do ar comprimido, espaço de instalação, requisitos de monitoramento, necessidades de manutenção e planos de expansão futuros.