De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación Saltar a búsqueda
Dibujo esquemático del proceso de PSA ("aria" = entrada de aire)
Generador de nitrógeno mediante PSA

La adsorción por cambio de presión ( PSA ) es una tecnología utilizada para separar algunas especies de gas de una mezcla de gases bajo presión de acuerdo con las características moleculares de la especie y la afinidad por un material adsorbente . Opera a temperaturas cercanas a la ambiente y difiere significativamente de las técnicas de destilación criogénica de separación de gases . Se utilizan materiales adsorbentes específicos (por ejemplo, zeolitas , carbón activado , tamices moleculares , etc.) como trampa, adsorbiendo preferentemente las especies de gas objetivo a alta presión. Luego, el proceso cambia a baja presión para desorber el material adsorbido.

Proceso [ editar ]

Animación de la adsorción por oscilación de presión, (1) y (2) que muestra adsorción y desorción alternas
I entrada de aire comprimido A adsorción
O salida de oxigeno D desorción
mi cansada

Los procesos de adsorción por cambio de presión utilizan el hecho de que, a alta presión, los gases tienden a ser atraídos por superficies sólidas o "adsorbidos". Cuanto mayor sea la presión, más gas se adsorberá. Cuando se reduce la presión, el gas se libera o se desorbe. Los procesos de PSA se pueden utilizar para separar gases en una mezcla porque diferentes gases tienden a ser atraídos por diferentes superficies sólidas con mayor o menor fuerza. Si una mezcla de gases, como aire, se pasa a presión a través de un recipiente que contiene un lecho adsorbente de zeolita que atrae el nitrógeno con más fuerza que el oxígeno , parte o todo el nitrógeno.permanecerá en el lecho y el gas que sale del recipiente será más rico en oxígeno que la mezcla que ingrese. Cuando el lecho llega al final de su capacidad de adsorber nitrógeno, se puede regenerar reduciendo la presión, liberando así el nitrógeno adsorbido. Entonces está listo para otro ciclo de producción de aire enriquecido con oxígeno.

Este es el proceso que se utiliza en los concentradores de oxígeno médico utilizados por los pacientes con enfisema y otros que requieren aire enriquecido con oxígeno para respirar.

El uso de dos recipientes adsorbentes permite una producción casi continua del gas objetivo. También permite la denominada compensación de presión , en la que el gas que sale del recipiente que se está despresurizando se utiliza para presurizar parcialmente el segundo recipiente. Esto resulta en ahorros de energía significativos y es una práctica industrial común.

Adsorbentes [ editar ]

Aparte de su capacidad para discriminar entre diferentes gases, los adsorbentes para sistemas de PSA suelen ser materiales muy porosos elegidos debido a sus grandes superficies específicas . Los adsorbentes típicos son carbón activado , gel de sílice , alúmina , resina y zeolita . Aunque el gas adsorbido en estas superficies puede consistir en una capa de solo una o como máximo unas pocas moléculas de espesor, áreas superficiales de varios cientos de metros cuadrados por gramo permiten la adsorción de una gran parte del peso del adsorbente en gas. Además de su selectividad por diferentes gases, zeolitas y algunos tipos de carbón activado llamados tamices moleculares de carbón. pueden utilizar sus características de tamiz molecular para excluir algunas moléculas de gas de su estructura en función del tamaño de las moléculas, restringiendo así la capacidad de adsorción de las moléculas más grandes.

Aplicaciones [ editar ]

Patín de membrana separador de gas utilizado en el proceso de utilización de gas de vertedero

Aparte de su uso para suministrar oxígeno médico, o como sustituto del almacenamiento en cilindros comprimidos o criogénicos a granel, que es la principal fuente de oxígeno para cualquier hospital, el PSA tiene muchos otros usos. Una de las principales aplicaciones del PSA es la eliminación de dióxido de carbono (CO 2 ) como paso final en la síntesis comercial a gran escala de hidrógeno (H 2 ) para su uso en refinerías de petróleo y en la producción de amoníaco (NH 3 ). . Las refinerías a menudo utilizan la tecnología PSA para eliminar el sulfuro de hidrógeno (H 2 S) de la alimentación de hidrógeno y reciclar las corrientes de hidrotratamiento e hidrocraqueo.unidades. Otra aplicación del PSA es la separación del dióxido de carbono del biogás para aumentar la proporción de metano (CH 4 ). A través de PSA, el biogás se puede actualizar a una calidad similar al gas natural . Esto incluye un proceso en la utilización del gas de relleno sanitario para convertir el gas de relleno sanitario en gas metano de alta pureza de grado de servicio público para su venta como gas natural. [1]

El PSA también se utiliza en: -

  • Sistemas de prevención de incendios por aire hipóxico para producir aire con bajo contenido de oxígeno.
  • Plantas de propileno a propósito mediante deshidrogenación de propano. Consisten en un medio selectivo para la adsorción preferida de metano y etano sobre hidrógeno. [2]
  • Las unidades industriales generadoras de nitrógeno que emplean la técnica PSA producen gas nitrógeno de alta pureza (hasta el 99,9995%) a partir de un suministro de aire comprimido. Pero estos PSA son más adecuados para suministrar rangos intermedios de pureza y flujos. Las capacidades de dichas unidades se dan en Nm³ / h, metros cúbicos normales por hora, siendo un Nm³ / h equivalente a 1000 litros por hora en cualquiera de las diversas condiciones estándar de temperatura, presión y humedad.
    • para nitrógeno: desde 100 Nm³ / ha 99,9% de pureza, hasta 9000 Nm³ / ha 97% de pureza;
    • para oxígeno: hasta 1500 Nm³ / h con una pureza entre 88% y 93%. [3]

Actualmente, se están realizando investigaciones para que PSA capture CO 2 en grandes cantidades de las centrales eléctricas de carbón antes de la geosectración , con el fin de reducir la producción de gases de efecto invernadero de estas plantas. [4] [5]

El PSA también se ha discutido como una alternativa futura a la tecnología absorbente no regenerable utilizada en los sistemas de soporte vital primario de los trajes espaciales , con el fin de ahorrar peso y extender el tiempo de funcionamiento del traje. [6]

Variaciones de la tecnología PSA [ editar ]

PSA de doble etapa [ editar ]

(DS-PSA, a veces denominado PSA de doble paso). Con esta variación de PSA desarrollada para su uso en generadores de nitrógeno de laboratorio, la generación de nitrógeno gaseoso se divide en dos pasos: en el primer paso, el aire comprimido se fuerza a pasar a través de un tamiz molecular de carbono para producir nitrógeno con una pureza de aproximadamente 98%; en el segundo paso este nitrógeno es forzado a pasar a un segundo tamiz molecular de carbono y el gas nitrógeno alcanza una pureza final de hasta 99,999%. El gas de purga del segundo paso se recicla y se usa parcialmente como gas de alimentación en el primer paso.

Además, el proceso de purga está respaldado por una evacuación activa para un mejor rendimiento en el siguiente ciclo. El objetivo de ambos cambios es mejorar la eficiencia con respecto a un proceso de PSA convencional.

El DS-PSA también se aplica para aumentar los niveles de concentración de oxígeno; en este caso, una zeolita de aluminio y sílice adsorbe nitrógeno en la primera etapa, enfocando el oxígeno al 95%, y en la segunda etapa, el tamiz molecular a base de carbono adsorbe el nitrógeno residual en un ciclo inverso. , concentrándose al 99% de oxígeno.

PSA rápido [ editar ]

La adsorción por oscilación rápida de presión o RPSA se utiliza con frecuencia en concentradores de oxígeno portátiles . Permite una gran reducción en el tamaño del lecho adsorbente cuando no es esencial una alta pureza y se puede descartar el gas de alimentación. [7] Funciona ciclando rápidamente la presión mientras ventila alternativamente los extremos opuestos de la columna a la misma velocidad. Esto significa que los gases no absorbidos avanzan a lo largo de la columna mucho más rápido y se ventilan en el extremo distal , mientras que los gases adsorbidos no tienen la oportunidad de progresar y se ventilan en el extremo proximal . [8]

Adsorción por oscilación al vacío [ editar ]

Adsorción por oscilación al vacío(VSA) segrega ciertos gases de una mezcla gaseosa a presión casi ambiente; el proceso luego cambia al vacío para regenerar el material adsorbente. VSA se diferencia de otras técnicas de PSA porque opera a temperaturas y presiones cercanas a las ambientales. Por lo general, VSA extrae el gas a través del proceso de separación con vacío. Para los sistemas VSA de oxígeno y nitrógeno, el vacío generalmente lo genera un soplador. También existen sistemas híbridos de adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA). Los sistemas VPSA aplican gas presurizado al proceso de separación y también aplican vacío al gas de purga. Los sistemas VPSA, como uno de los concentradores de oxígeno portátiles, se encuentran entre los sistemas más eficientes, medidos según los índices habituales de la industria, como la recuperación (salida de gas de producto / entrada de gas de producto), productividad (salida de gas de producto / masa de material de tamiz). Generalmente,una mayor recuperación conduce a un compresor, soplador u otra fuente de vacío o gas comprimido más pequeño y a un menor consumo de energía. Una mayor productividad conduce a lechos de tamices más pequeños. El consumidor probablemente considerará índices que tienen una diferencia medible más directamente en el sistema general, como la cantidad de gas producto dividida por el peso y tamaño del sistema, los costos iniciales y de mantenimiento del sistema, el consumo de energía del sistema u otros costos operativos, y fiabilidad.los costos iniciales y de mantenimiento del sistema, el consumo de energía del sistema u otros costos operativos y la confiabilidad.los costos iniciales y de mantenimiento del sistema, el consumo de energía del sistema u otros costos operativos y la confiabilidad.

Ver también [ editar ]

  • Adsorción  : proceso resultante de la atracción de átomos, iones o moléculas de un gas, líquido o solución que se adhiere a una superficie.
  • Secador de aire comprimido  : sistemas de filtrado para reducir la humedad del aire comprimido
  • Separación de gases  : técnicas para proporcionar múltiples productos o purificar un producto.
  • Pizca de hidrógeno
  • Purificador de hidrogeno
  • Gas industrial  : materiales gaseosos producidos para su uso en la industria.
  • Concentrador de oxígeno  : un dispositivo que elimina el nitrógeno del aire.
  • Pervaporación

Referencias [ editar ]

  1. ^ "Aplicación del premio a la excelencia de SWANA 2012" Control de gas de vertedero "Séneca Landfill, Inc" (PDF) : 8 . Consultado el 13 de octubre de 2016 . Cite journal requires |journal= (help)
  2. ^ Producción de propileno mediante deshidrogenación de propano, programa de economía tecnológica . Intratec. 2012. ISBN 9780615661025.
  3. ^ Productos químicos y del aire, Inc (2009). "Systèmes de production de gaz PRISM®" (PDF) (en francés).
  4. ^ http://www.co2crc.com.au Archivado el 19 de agosto de 2006 en Wayback Machine.
  5. ^ Grande, Carlos A .; Cavenati, Simone, eds. (2005), "Adsorción por cambios de presión para la captación de dióxido de carbono", II Congreso de Ingeniería Química del Mercosur
  6. ↑ Alptekin, Gokhan (8 de enero de 2005). "Un avanzado sistema de control de CO2 y H2O de ciclo rápido para PLSS" . NASA . Consultado el 24 de febrero de 2007 .
  7. ^ Chai, SW; Kothare, MV; Sircar, S. (2011). "Adsorción por oscilación rápida de presión para la reducción del factor de tamaño de la cama de un concentrador de oxígeno médico". Investigación en Química Industrial e Ingeniería . 50 (14): 8703. doi : 10.1021 / ie2005093 .
  8. ^ Ruthven, Douglas M .; Shamsuzzman Farooq, Kent S. Knaebel (1993). Adsorción por cambio de presión . Wiley-VCH. ISBN 9780471188186.

Lectura adicional [ editar ]

  • Hutson, Nick D .; Rege, Salil U .; y Yang, Ralph T., “Separación de aire por absorción por oscilación de presión utilizando un absorbente superior”, Laboratorio Nacional de Tecnología Energética, Departamento de Energía, marzo de 2001
  • Adsorption Research, Inc., "La absorción es la solución sólida", [1]
  • Ruthven, Douglas M., Principios del proceso de absorción y absorción, Wiley-InterScience, Hoboken, Nueva Jersey, 2004, p. 1
  • Yang, Ralph T., “Separación de gases por procesos de absorción”, Serie sobre ingeniería química, vol. Yo, World Scientific Publishing Co., Singapur, 1997
  • Ruthven, Douglas M .; Shamsuzzman Farooq, Kent S. Knaebel (1993). Adsorción por cambio de presión . Wiley-VCH. ISBN 9780471188186.
  • Santos, João C .; Magalhães, Fernão D .; y Mendes, Adélio, "Absorción por oscilación de presión y zeolitas para la producción de oxígeno", en Processos de Separação, Universidado do Porto, Porto, Portugal