TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS

El método más usado en la industria es la destilación criogénica, destacando tres sistemas alternativos a esta técnica:

- Adsorción alternada a presión (“pressure swing adsorption”): Uso de tamices moleculares de carbón que adsorben el oxígeno a una elevada presión con producción de nitrógeno con pureza elevada, 99,8%, rango de flujo: 25-800 m3/h.

- Adsorción alternada a vacío (“vacuum swing adsorption”): Proceso en el que se adsorbe preferentemente dióxido de carbono, agua y nitrógeno en las zeolitas; produciendo oxígeno con un 90-93 % de riqueza a baja presión para flujos bajos en instalaciones pequeñas.

- Membranas Poliméricas: Utilización de fibras huecas, formadas por materiales compuestos fabricados de: polisulfonas, poliamidas, policarbonatos, polipropileno, etc; éstos permean el oxígeno más rápido que el nitrógeno, mediante la difusión. Proceso muy versátil debido a su simplicidad y ligero peso de las membranas. Este sistema empezó a comercializarse a partir de los años ochenta, y poco a poco se utiliza como primera opción para producir nitrógeno (N2) al 99-99,5 % con rango de flujo: 3-3000 m3/h. El coste energético referido a la corriente enriquecida en nitrógeno es de 0,3 a 0,6 kWh/m3N2. Sin embargo, las membranas no son competitivas para producir oxígeno (O2), ya que el porcentaje máximo de riqueza que se puede alcanzar para este componente es del 60%.

En la figura siguiente, se muestra el porcentaje de oxígeno producido en función del caudal de permeado, utilizando diferentes tecnologías de separación. Se comprueba que las membranas no son competitivas en comparación con el PSA (pressure swing adsorption), VSA (vacuum swing adsorption) y procesos criogénicos, ya que para flujos de permeado bajos tan sólo se consigue una fracción molar de 0,5, mientras que para los mismos caudales de producción, el PSA es capaz de alcanzar una riqueza del 90%; por este hecho, se descarta la posibilidad de producir oxígeno mediante el uso de fibras huecas poliméricas.

Producción de oxígeno, (diferentes tecnologías)

Sin embargo, las membranas sí pueden ser competitivas cuando la finalidad es producir nitrógeno. A caudales relativamente pequeños en comparación con otros tipos de sistemas de separación, se puede obtener nitrógeno de elevada pureza, llegando a ser económicamente más rentable que el PSA ó la separación criogénica.

En la figura que se muestra, se realiza una comparación de la producción de nitrógeno mediante el uso de los distintos métodos existentes. Se comprueba que, para los flujos de producción más bajos, la tecnología de membrana es la más adecuada, pero en cuanto se requiere un caudal mayor, ésta deja de ser competitiva.

Producción de nitrógeno, (diferentes tecnologías)