A PSA nitrogéntermelés elve
A szén molekuláris sziták egyszerre képesek oxigént és nitrogént adszorbeálni a levegőből; továbbá adszorpciós kapacitásuk a nyomás növekedésével nő. Egy adott nyomáson azonban nincs szignifikáns különbség az oxigén és a nitrogén egyensúlyi adszorpciós kapacitása között. Következésképpen nehéz elérni az oxigén és a nitrogén hatékony szétválasztását pusztán a nyomásváltozások alapján. Az adszorpciós kinetika -kifejezetten, az adszorpciós sebesség-figyelembe vételével azonban az oxigén és a nitrogén adszorpciós jellemzői hatékonyan megkülönböztethetők. Az oxigénmolekulák átmérője kisebb, mint a nitrogénmolekuláké; következésképpen diffúziós sebességük több százszor gyorsabb, mint a nitrogéné. Ennek eredményeként a szén molekuláris sziták nagyon gyorsan adszorbeálják az oxigént, és körülbelül egy percen belül elérik adszorpciós kapacitásuk 90%-át. Ugyanebben az időpontban a nitrogén adszorpciós felvétele csak 5% körüli. Ezért az e rövid idő alatt adszorbeált anyag túlnyomórészt oxigénből áll, míg a maradék gáz-az adszorbeálatlan rész{12}}főleg nitrogénből áll. Így az adszorpció időtartamának egy percnél rövidebbre való korlátozásával az oxigén és a nitrogén előzetes elválasztása érhető el. Lényegében az adszorpciós és deszorpciós folyamatokat a nyomáskülönbségek irányítják,{15}az adszorpció a nyomás növekedésekor, a deszorpció pedig a nyomás csökkenésekor következik be. Az oxigén és a nitrogén közötti tényleges különbségtétel azonban az adszorpciós sebességük eltérésén múlik, és az adszorpciós időtartam pontos szabályozásával érhető el; Ha ezt az időtartamot nagyon röviden tartjuk, az oxigén teljesen adszorbeálódik, míg az adszorpciós folyamat leáll, mielőtt a nitrogénnek elegendő ideje lett volna adszorbeálódni.
A kriogén levegőleválasztás elve a nitrogén előállításához
A kriogén nitrogéngeneráló rendszerek nemcsak gáznemű, hanem folyékony nitrogén előállítására is képesek, így kielégítik a kifejezetten folyékony nitrogént igénylő folyamatkövetelményeket. Ezenkívül a megtermelt folyékony nitrogént erre a célra kialakított tárolótartályokban lehet tárolni. Időnkénti nitrogénigény esetén vagy a levegőleválasztó egység kisebb karbantartása során az ezekben a tartályokban tárolt folyékony nitrogént elpárologtatóba lehet irányítani, felmelegíteni, majd a termék nitrogéncsővezetékébe táplálni, hogy megfeleljen a feldolgozó létesítmény nitrogénszükségletének. A kriogén nitrogéntermelő üzem működési ciklusa (amely két fő bemelegítési ciklus között eltelt idő) általában egy évnél hosszabb ideig tart; következésképpen általában szükségtelennek tartják a kriogén rendszerek számára dedikált tartalék egységet biztosítani. Ezzel szemben a Pressure Swing Adsorption (PSA) rendszerek csak gáz halmazállapotú nitrogén előállítására képesek, és nem rendelkeznek ilyen tartalék képességekkel; ezért egyetlen PSA egység nem tudja garantálni a folyamatos, hosszú távú -megszakítás nélküli működést.
A membránlevegő-leválasztás elve a nitrogén előállításához
Összenyomás és szűrés után a levegő belép egy polimer membrán elválasztó egységbe. Mivel a különböző gázok különböző oldhatósággal és diffúziós együtthatóval rendelkeznek a membránanyagon belül, eltérő relatív permeációs sebességet mutatnak, amikor áthaladnak a membránon. E jellemző alapján a gázok nagyjából két csoportba sorolhatók: "gyors gázok" és "lassú gázok". Ha egy gázelegyet nyomáskülönbségnek tesszük ki a membránon keresztül, a viszonylag gyors áthatolási sebességű gázok -például víz, hidrogén, hélium, hidrogén-szulfid és szén-dioxid-áthaladnak a membránon, és a permeátum oldalon feldúsulnak. Ezzel szemben a viszonylag lassabb áteresztőképességű gázok-, mint a metán, nitrogén, szén-monoxid és argon-megmaradnak és feldúsulnak a membrán retentált oldalán, ezáltal elérik a gázelegy szétválását.