El proceso de adsorción por oscilación de presión (PSA) es una tecnología de separación de gases.

1 Introducción a la producción de nitrógeno por PSA (adsorción por oscilación de presión)
1.1 Adsorción por oscilación de presión
La adsorción por oscilación de presión (PSA, por sus siglas en inglés) es una tecnología de separación de gases. En 1960, C. W. Skarstrom, de Estados Unidos, obtuvo la primera patente para la producción de oxígeno por tamiz molecular PSA, seguida de una extensa investigación experimental realizada en países como el Reino Unido, Alemania y Japón. En 1970, UCC (United Carbides Corporation) en Estados Unidos fue la primera en lograr la producción a escala industrial y ha mantenido durante mucho tiempo una posición de liderazgo en el desarrollo y la aplicación de la tecnología PSA. En competencia con los métodos de separación tradicionales, el proceso PSA ha sido objeto de mejoras y refinamientos continuos, lo que ha llevado a su rápido desarrollo.
1.2 Principio de funcionamiento
Un sistema de generación de nitrógeno PSA utiliza aire como materia prima y emplea un adsorbente sólido altamente eficiente y selectivo (tamiz molecular de carbono) para adsorber selectivamente nitrógeno y oxígeno, separándolos así del aire. La separación de nitrógeno y oxígeno por tamices moleculares de carbono se basa principalmente en las diferentes velocidades de difusión de estas dos moléculas de gas dentro del tamiz. Las moléculas de gas con diámetros más pequeños (oxígeno) difunden más rápidamente y penetran más profundamente en la fase sólida del tamiz molecular. Como resultado, el nitrógeno se enriquece en la fase gaseosa. Después de aproximadamente 2 minutos, la adsorción de oxígeno por el tamiz molecular alcanza el equilibrio. Aprovechando la característica de que la capacidad de adsorción de los tamices moleculares de carbono varía con la presión, la presión se reduce para desorber las moléculas de oxígeno del tamiz molecular; este proceso se denomina regeneración. La adsorción por oscilación de presión (PSA) emplea típicamente dos torres conectadas en paralelo, que alternativamente se someten a adsorción a presión y regeneración por reducción de presión para producir un suministro continuo de nitrógeno.
1.3 Descripción general del proceso
Un sistema completo de generación de nitrógeno incluye: compresor(es) de aire — unidad de purificación de aire comprimido — tanque de almacenamiento de aire — generador de nitrógeno PSA — tanque de reserva de nitrógeno — tanque de almacenamiento de nitrógeno (baja presión) — sistema de presurización de nitrógeno — tanque de almacenamiento de nitrógeno
(alta presión).
2 Introducción al equipo
2.1 Selección de generadores de nitrógeno
La selección de un generador de nitrógeno implica numerosas consideraciones. En primer lugar, se debe realizar una investigación de mercado preliminar exhaustiva para determinar las especificaciones del modelo específico (producción de nitrógeno, pureza del nitrógeno, presión de salida, punto de rocío, etc.). Se debe realizar un análisis comparativo integral del rendimiento y las características del generador de nitrógeno, y la selección debe basarse en el entorno operativo local.

3. Producción y operación de generadores de nitrógeno
El sistema de control eléctrico gestiona la secuencia de operaciones según un programa específico, alternando entre adsorción a presión y regeneración por despresurización. El proceso de producción de gas funciona automáticamente, con el caudal de nitrógeno, la presión y la pureza ajustables y visualizados continuamente.
3.1 Inspecciones del personal y áreas clave de enfoque
Al realizar las inspecciones, los operadores del generador de nitrógeno deben prestar atención a los siguientes aspectos: (1) Primero, verificar que la pureza del nitrógeno y el punto de rocío cumplan con los requisitos; luego, confirmar que la adsorción y la regeneración estén procediendo normalmente; (2) Comprobar si el suministro de energía, el suministro de gas, el suministro de agua y las condiciones de temperatura requeridas por la unidad son normales; (3) Monitorear la presión del tanque de almacenamiento de aire y mantenerla entre 0,7 y 0,75 MPa, asegurando que no caiga por debajo del valor nominal; (4) Inspeccionar la válvula de drenaje automática durante cada verificación para evitar obstrucciones o daños que puedan comprometer su función de drenaje; (5) Comprobar periódicamente si las aletas del intercambiador de calor del secador refrigerado están limpias para evitar que una mala disipación de calor afecte el rendimiento y la vida útil del secador; (6) El mantenimiento periódico del filtro de precisión implica principalmente la sustitución del cartucho del filtro en función de la condición de uso del filtro; consulte el programa y los procedimientos de mantenimiento recomendados por el fabricante del filtro para el mantenimiento del filtro; (7) Calibrar el analizador de oxígeno una vez al mes; si el contenido de oxígeno excede el valor nominal, considere si la sonda de oxígeno ha llegado al final de su vida útil y reemplácela de inmediato; el ciclo de reemplazo recomendado es de un año; (8) Inspeccionar regularmente la sensibilidad de las válvulas solenoides y neumáticas, el rango de presión de los reguladores de presión, la precisión de los analizadores de gas, la estanqueidad de las torres de adsorción, la condición de escape de los silenciadores y la limpieza de los tubos internos del caudalímetro, y abordar cualquier problema de inmediato para garantizar el funcionamiento normal del equipo.
4 Mantenimiento y servicio de generadores de nitrógeno
4.1 Compresor de aire (tipo tornillo)
El compresor de aire (o grupo compresor) suministra el aire comprimido necesario para el sistema de generación de nitrógeno PSA (adsorción por oscilación de presión). Su caudal, presión y otras especificaciones se determinan por el consumo de aire del sistema de generación de nitrógeno PSA. La eficiencia (consumo) del sistema PSA está determinada principalmente por el rendimiento de los tamices moleculares, el flujo del proceso y la estructura de los adsorbentes. El compresor de aire debe cumplir las siguientes especificaciones: (1) caudal de aire ≥ 16,5 m³/min; (2) presión de descarga entre 0,8 y 0,98 MPa; (3) contenido de aceite ≤ 3 ppm; (4) temperatura ≤ 45 °C.
En la operación real, las inspecciones rutinarias del compresor de aire incluyen: temperatura de operación (≤ 105 °C), presión de operación (0,8–1,0 MPa) y presión de agua (0,3–0,6 MPa). Las inspecciones mensuales incluyen la verificación del nivel de aceite y la búsqueda de fugas en las conexiones de las tuberías. El mantenimiento trimestral incluye la limpieza de la pantalla del filtro de aire de admisión y el elemento del filtro de aire, así como la inspección de los accesorios. El mantenimiento anual lo realiza Ingersoll Rand (INGERSOLL RAND) según el *Manual de Mantenimiento* del producto y lo realizan ingenieros profesionales de Ingersoll Rand. Durante la operación diaria, siga las recomendaciones de mantenimiento y el orden de prioridad descritos en el manual: (1) Realice el mantenimiento basándose en la pantalla del controlador; (2) Realice el mantenimiento una vez al año. En caso de mal funcionamiento general, la persona responsable del equipo debe solucionar el problema utilizando los métodos de reparación descritos en la guía de solución de problemas del manual. Si el problema no se puede resolver, póngase en contacto con un ingeniero profesional de Ingersoll Rand para obtener ayuda.
El principal factor que afecta el rendimiento del compresor de aire a diario es la temperatura, y los principales factores que influyen en la temperatura (en condiciones de presión y caudal constantes) incluyen: la estación, la temperatura del agua y la calidad del agua. Las tuberías de agua de refrigeración del equipo están diseñadas para agua municipal con diámetros de entrada y salida de 40 mm. El consumo de agua es de aproximadamente 9 toneladas métricas por hora y se descarga directamente. No reciclar esta agua resultaría en un desperdicio significativo; sin embargo, implementar un sistema para reciclar el agua de refrigeración para su reutilización requiere una inversión financiera sustancial (la dureza del agua local oscila entre 380 y 410 miligramos por litro). El verano es la estación más exigente para los compresores de aire en términos de rendimiento del equipo, y también sirve como prueba de si la selección inicial del tipo de enfriador fue apropiada. En los sistemas de generación de nitrógeno PSA (adsorción por oscilación de presión), los compresores de aire representan la mayor parte de los costos de mantenimiento y servicio del equipo. Al seleccionar este tipo de método de generación de nitrógeno, es esencial realizar una investigación de mercado preliminar y una planificación exhaustivas para tener en cuenta los futuros gastos de mantenimiento.
4.2 Secador refrigerado
Los secadores refrigerados (Modelo/Especificaciones: IDS-150AC; 20 Nm³/min) requieren inspecciones diarias, que incluyen: verificar que la descarga de condensado del secador refrigerado y la descarga de aguas residuales del filtro de tres etapas no estén obstruidas; verificar que la presión del refrigerante (0,3–0,6 MPa) y la presión del aire comprimido (<1,0 MPa) estén dentro de los rangos normales; El mantenimiento y servicio implican purgar periódicamente el intercambiador de calor (especialmente durante la primavera y el verano, cuando es necesaria una purga frecuente para evitar una disipación de calor deficiente), limpiar los puertos de drenaje y reemplazar periódicamente (generalmente cada 12 meses) los tres filtros (Modelo: Filtro de etapa 3 XF3-44, Filtro de etapa 7 XF7-44, filtro de grado 9 XF9–44); factores como la selección, el método de instalación, la ubicación de la instalación y la estación del secador refrigerado tienen un cierto impacto en sus capacidades de eliminación de aceite y humedad.
4.3 Adsorbente de carbón activado
La actividad del carbón activado y la alúmina dentro del adsorbente está directamente relacionada con la calidad del aire del compresor y la efectividad de la eliminación de aceite y humedad por el secador refrigerado. Generalmente, según el uso del equipo, el carbón activado y la alúmina deben reemplazarse cada 3 a 5 años.
4.4 Unidad de separación de oxígeno-nitrógeno — Torre de adsorción de tamiz molecular
El tamiz molecular de carbono es el componente central de un generador de nitrógeno por adsorción por oscilación de presión (PSA). Sus indicadores de rendimiento incluyen: dureza, caudal de producción de nitrógeno (Nm³/T-h), tasa de recuperación (N₂/Aire) % y densidad aparente. Durante la operación, se deben tomar precauciones para evitar que el sobrecalentamiento afecte la eficiencia de adsorción y para evitar la pulverización del tamiz molecular causada por impactos intensos del flujo de gas.
4.5 Detectores de gas
(1) Analizador de pureza de nitrógeno (Nitrógeno estándar): Modelo P860 4N, Changai; (2) Analizador de pureza de oxígeno (Alta pureza): Modelo GNL-9100, Changai; De acuerdo con el manual del usuario, devuelva el instrumento al fabricante anualmente para la inspección y calibración de las sondas del sensor. Si se detectan anomalías durante la operación de rutina, verifique las lecturas e investigue la causa.
4.6 Tanques de almacenamiento de gas
Como equipo de almacenamiento del producto, realice una autoinspección una vez al mes y una autoevaluación una vez al año; encargue a la Oficina de Supervisión Técnica la realización de pruebas no destructivas cada tres años. Después de seis años, al alcanzar la vida útil de diseño, determine si continuar utilizando el equipo o desmantelarlo basándose en los resultados de la inspección.
5 Conclusión
El mantenimiento y servicio son esenciales para garantizar el funcionamiento normal de los generadores de nitrógeno PSA. Como equipo de servicios públicos, la operación estable de los generadores de nitrógeno PSA proporciona las condiciones y salvaguardias necesarias para las operaciones industriales de la organización. Realizar un mantenimiento y servicio oportunos de todos los componentes del equipo puede prevenir mal funcionamiento, extender la vida útil del equipo, reducir el consumo de energía y mejorar la eficiencia.

Traducido con DeepL.com (versión gratuita)