Adsorção seletiva da peneira molecular de carbono combinada com operação de oscilação de pressão
O princípio fundamental do gerador de nitrogênio reside nas diferenças de adsorção entre oxigênio e nitrogênio na peneira molecular de carbono. A pressurização permite a adsorção seletiva, enquanto a despressurização libera os componentes adsorvidos e restaura a capacidade de adsorção.

Adsorção diferencial

• A estrutura microporosa da peneira molecular de carbono exibe uma afinidade de adsorção significativamente maior pelo oxigênio do que pelo nitrogênio. Devido ao efeito cinético, as moléculas de oxigênio se difundem através dos microporos da peneira a uma taxa aproximadamente três a cinco vezes mais rápida do que as moléculas de nitrogênio. Sob pressão elevada, a capacidade de adsorção aumenta ainda mais, melhorando a eficiência de separação.

Ciclo de adsorção por oscilação de pressão (PSA)

• Durante a pressurização, a peneira molecular de carbono adsorve preferencialmente oxigênio, dióxido de carbono e umidade, permitindo que o nitrogênio se concentre na fase gasosa. Durante a despressurização, as impurezas previamente adsorvidas são liberadas, restaurando o desempenho de adsorção. A operação alternada de torres duplas de adsorção garante a produção ininterrupta de nitrogênio.

Processo de cinco etapas converte o ar ambiente em nitrogênio de alta pureza.

O pré-tratamento do ar de alimentação garante a eficiência da adsorção.

• Utilizando o ar ambiente como matéria-prima, o ar passa primeiro por um sistema de filtragem em múltiplos estágios (composto por filtros primários, finos e de carvão ativado) para remover impurezas como poeira (≥0,1 μm), névoa de óleo (≤0,1 mg/m³) e umidade (ponto de orvalho ≤-40 ℃)
• O ar purificado entra em um compressor de ar livre de óleo e é comprimido a 0,6-0,8 MPa, fornecendo a pressão necessária para a adsorção.
• O ar comprimido passa então por secadores refrigerados e secadores de absorção para reduzir ainda mais o ponto de orvalho, normalmente para ≤-40 °C, com configurações opcionais que chegam a -70 °C, evitando danos causados pela umidade à peneira molecular.

A separação de nitrogênio e oxigênio ocorre por meio de torres de adsorção alternadas.
O ar comprimido purificado entra em torres de adsorção duplas controladas por uma sequência de comutação de válvulas baseada em PLC. Ciclos contínuos de adsorção e regeneração mantêm uma produção estável de nitrogênio.

• Durante a adsorção, o ar comprimido entra na Torre de Adsorção A a 0,6-0,8 MPa. A peneira molecular de carbono adsorve rapidamente oxigênio, dióxido de carbono e umidade, enquanto o nitrogênio sai do topo da torre como gás produto com pureza de 95% a 99,9% para configurações padrão.
• Simultaneamente, a Torre de Adsorção B passa por uma despressurização até a pressão atmosférica. As impurezas adsorvidas são liberadas pela parte inferior da torre, restaurando a capacidade de adsorção. Configurações selecionadas introduzem uma pequena porção de nitrogênio do produto para a regeneração por purga, melhorando a eficiência de dessorção.
• A alternância entre as torres ocorre a cada 30-120 segundos sob controle do PLC, garantindo o fornecimento contínuo de nitrogênio sem interrupção.

A purificação opcional de nitrogênio atende a requisitos de pureza ultra-alta.

Para aplicações que exigem pureza de nitrogênio de 99,5% a 99,9995%, etapas adicionais de purificação são integradas.

• Purificação à base de hidrogênio: Utilizando a reação 2O₂ 2H₂ → 2H₂O, o oxigênio residual reage para formar água mediada por um catalisador (catalisador de níquel). A umidade gerada é removida por unidades de secagem, produzindo nitrogênio com pureza ≥99,999%, adequado para vazões de até 500 Nm³/h.
• Purificação à base de carbono: Utilizando a reação O₂ C → CO₂ (ou CO), a purificação à base de carbono remove o oxigênio residual por meio da reação com adsorventes à base de carbono, seguida pela remoção do dióxido de carbono. A pureza do nitrogênio atinge até 99,999% sem introdução de hidrogênio, suportando aplicações sensíveis ao hidrogênio, incluindo a fabricação de eletrônicos.

A regulação da pressão e o armazenamento garantem uma saída estável de nitrogênio.

• O nitrogênio produzido entra em um tanque tampão, onde a pressão é estabilizada entre 0,1 e 0,65 MPa por meio de válvulas reguladoras de pressão, evitando que flutuações de pressão afetem aplicações a jusante, como corte a laser e embalagem de alimentos.
• Configurações selecionadas integram tanques de armazenamento de nitrogênio para armazenar nitrogênio durante períodos de baixa demanda e liberá-lo durante picos de consumo, atendendo à demanda intermitente de nitrogênio em processamento químico e aplicações similares.

O fornecimento e o monitoramento de nitrogênio permitem o controle de pureza em tempo real.

• O nitrogênio estabilizado é fornecido aos terminais por meio de tubulações, incluindo estações de soldagem, máquinas de embalagem e unidades de GC/LC.
• Instrumentos de monitoramento online, incluindo analisadores de oxigênio, medidores de ponto de orvalho e medidores de vazão, exibem a pureza do nitrogênio de 95% a 99,9995%, a vazão e a pressão em tempo real. Alarmes sonoros e visuais são acionados quando a pureza se desvia dos limites definidos.