Separazione criogenica dell'aria per la produzione di azoto
La separazione criogenica dell'aria è un metodo tradizionale per la produzione di azoto, che vanta una storia che abbraccia diversi decenni. Utilizza l'aria come materia prima; dopo aver subito compressione e purificazione, l'aria viene liquefatta in aria liquida attraverso lo scambio termico. L'aria liquida è principalmente una miscela di ossigeno liquido e azoto liquido. Sfruttando la differenza nei loro punti di ebollizione-in un'atmosfera standard, il punto di ebollizione dell'ossigeno è di -183 gradi mentre quello dell'azoto è di -196 gradi -i due componenti vengono separati attraverso la rettifica dell'aria liquida per produrre azoto gassoso. Le apparecchiature criogeniche per la separazione dell'aria sono complesse, occupano un ingombro elevato, comportano elevati costi infrastrutturali e sostanziali investimenti di capitale iniziale e comportano elevati costi operativi. Inoltre, il ciclo di produzione del gas è relativamente lento (richiede dalle 12 alle 24 ore) e il processo di installazione prevede requisiti rigorosi e tempi lunghi. Quando si valutano in modo completo fattori quali apparecchiature, installazione e infrastruttura, per sistemi con una capacità inferiore a 3.500 Nm³/h, l'investimento richiesto per un'unità PSA (Pressure Swing Adsorption) con specifiche equivalenti è in genere inferiore dal 20% al 50% rispetto a quello di un'unità criogenica di separazione dell'aria. Di conseguenza, sebbene le unità criogeniche di separazione dell'aria siano-adatte per la produzione di azoto industriale su larga-scala, si rivelano economicamente impraticabili per le applicazioni su media e piccola scala.
Separazione dell'aria con setacci molecolari per la produzione di azoto
Questo metodo utilizza l'aria come materia prima e i setacci molecolari di carbonio come adsorbente. Applicando il principio del Pressure Swing Adsorption (PSA)-che sfrutta le proprietà di adsorbimento selettivo dei setacci molecolari di carbonio verso l'ossigeno e l'azoto per effettuare la loro separazione-si produce azoto gassoso. Questa tecnica è comunemente chiamata generazione di azoto PSA. Rappresenta una nuova tecnologia di produzione di azoto che ha subito un rapido sviluppo durante gli anni ’70. Rispetto ai metodi tradizionali di produzione di azoto, PSA offre numerosi vantaggi distinti: un flusso di processo semplificato, un elevato grado di automazione, produzione rapida di gas (in genere entro 15-30 minuti) e basso consumo energetico. Inoltre, la purezza del gas prodotto può essere regolata su un ampio intervallo per soddisfare le specifiche esigenze dell'utente. L'apparecchiatura è facile da utilizzare e manutenere, comporta costi operativi inferiori e dimostra una forte adattabilità a condizioni variabili. Di conseguenza, è altamente competitivo nel segmento delle apparecchiature per la produzione di azoto con capacità inferiori a 1.000 Nm³/h; Avendo guadagnato una crescente popolarità tra i consumatori di azoto su scala media- e piccola-, la generazione di azoto PSA è ora diventata il metodo preferito per gli utenti di questi settori.
Separazione dell'aria a membrana per la produzione di azoto
Questo metodo utilizza l'aria come materia prima e, in condizioni di pressione specifiche, ottiene la separazione di ossigeno e azoto sfruttando i diversi tassi di permeazione esibiti da questi gas-che possiedono proprietà fisiche distinte-mentre passano attraverso una membrana di separazione. Rispetto ad altre apparecchiature per la generazione di azoto, offre numerosi vantaggi: una struttura più semplice, un ingombro più compatto, l'assenza di valvole di commutazione, esigenze di manutenzione ridotte, produzione di gas più rapida (meno di 3 minuti) e facilità di espansione della capacità. È particolarmente-adatto per gli utenti di azoto su scala piccola-e-media-che richiedono una purezza dell'azoto inferiore o uguale al 98%, offrendo un rapporto prezzo-prestazioni ottimale. Tuttavia, quando i requisiti di purezza dell'azoto superano il 98%, il suo costo è superiore di oltre il 15% rispetto a quello di un generatore di azoto PSA con specifiche equivalenti.
