Prinsippet for PSA-nitrogengenerering
Karbonmolekylsikter er i stand til samtidig å adsorbere både oksygen og nitrogen fra luften; dessuten øker deres adsorpsjonskapasitet når trykket øker. Ved et gitt trykk er det imidlertid ingen signifikant forskjell mellom likevektsadsorpsjonskapasiteten til oksygen og nitrogen. Følgelig er det vanskelig å oppnå en effektiv separasjon av oksygen og nitrogen utelukkende basert på trykkvariasjoner. Men ved å ta adsorpsjonskinetikk-spesifikt, adsorpsjonshastigheten- i betraktning, kan adsorpsjonsegenskapene til oksygen og nitrogen differensieres effektivt. Oksygenmolekyler har en mindre diameter enn nitrogenmolekyler; følgelig er deres diffusjonshastighet flere hundre ganger raskere enn nitrogen. Som et resultat adsorberer karbonmolekylsikter oksygen veldig raskt, og når over 90 % av adsorpsjonskapasiteten i løpet av omtrent ett minutt. På samme tidspunkt er adsorpsjonsopptaket for nitrogen bare rundt 5 %. Derfor består stoffet som adsorberes i løpet av dette korte intervallet hovedsakelig av oksygen, mens den gjenværende gassen-den uadsorberte delen-overveiende består av nitrogen. Således, ved å begrense adsorpsjonsvarigheten til mindre enn ett minutt, kan en foreløpig separasjon av oksygen og nitrogen oppnås. I hovedsak er prosessene med adsorpsjon og desorpsjon drevet av trykkforskjeller-adsorpsjon skjer når trykket øker, og desorpsjon skjer når trykket synker. Den faktiske differensieringen mellom oksygen og nitrogen er imidlertid avhengig av ulikheten i deres adsorpsjonshastigheter og oppnås ved nøyaktig å kontrollere adsorpsjonsvarigheten; ved å holde denne varigheten svært kort adsorberes oksygen fullt ut, mens adsorpsjonsprosessen stanses før nitrogen har fått tilstrekkelig tid til å bli adsorbert.
Prinsippet for kryogen luftseparasjon for nitrogengenerering
Kryogene nitrogengenereringssystemer er i stand til å produsere ikke bare gassformig nitrogen, men også flytende nitrogen, og tilfredsstiller dermed prosesskrav som spesifikt krever flytende nitrogen. Videre kan det produserte flytende nitrogenet lagres i dedikerte lagertanker. I tilfeller med periodisk nitrogenbehov eller under mindre vedlikehold av luftseparasjonsenheten, kan flytende nitrogen som er lagret i disse tankene ledes inn i en fordamper, varmes opp og deretter mates inn i produktnitrogenrørledningen for å møte nitrogenkravene til nedstrøms prosessanlegget. Driftssyklusen til et kryogent nitrogengenereringsanlegg (definert som intervallet mellom to store-oppvarmingssykluser) strekker seg vanligvis over mer enn ett år; følgelig anses det generelt som unødvendig å tilby en dedikert sikkerhetskopienhet for kryogene systemer. I motsetning til dette er PSA-systemer (Pressure Swing Adsorption) kun i stand til å produsere gassformig nitrogen og mangler slike backup-evner; derfor kan en enkelt PSA-enhet ikke garantere kontinuerlig,-langsiktig drift uten avbrudd.
Prinsippet for membranluftseparasjon for nitrogengenerering
Etter å ha blitt komprimert og filtrert, kommer luft inn i en polymermembranseparasjonsenhet. Fordi forskjellige gasser har forskjellige løseligheter og diffusjonskoeffisienter i membranmaterialet, viser de forskjellige relative permeasjonshastigheter når de passerer gjennom membranen. Basert på denne egenskapen kan gasser grovt kategoriseres i to grupper: «raske gasser» og «langsomme gasser». Når en gassblanding utsettes for en trykkforskjell over en membran, passerer gasser med relativt høye permeasjonshastigheter-som vann, hydrogen, helium, hydrogensulfid og karbondioksid- gjennom membranen og blir anriket på permeatsiden. Motsatt blir gasser med relativt langsommere permeasjonshastigheter-som metan, nitrogen, karbonmonoksid og argon-beholdt og anriket på retentatsiden av membranen, for derved å oppnå separasjon av gassblandingen.