Las plantas de oxígeno son sistemas industriales diseñados para generar oxígeno. Normalmente utilizan aire como materia prima y lo separan de otros componentes del aire mediante técnicas de adsorción por oscilación de presión o separación por membrana . Estas plantas se diferencian de las plantas de separación criogénica, que separan y capturan todos los componentes del aire.
El oxígeno se utiliza ampliamente en diversos procesos tecnológicos y en casi todas las ramas de la industria. La principal aplicación del oxígeno está relacionada con su capacidad de mantener el proceso de combustión y sus potentes propiedades oxidantes.
Debido a esto, el oxígeno se ha utilizado ampliamente en los procesos de procesamiento de metales, soldadura, corte y soldadura fuerte. En las industrias química y petroquímica, así como en el sector del petróleo y el gas, el oxígeno se utiliza en volúmenes comerciales como oxidante en reacciones químicas .
La separación de gases mediante sistemas de adsorción se basa en tasas diferenciales de adsorción de los componentes de una mezcla de gases en un adsorbente sólido.
Los métodos actuales de producción de oxígeno gaseoso a partir del aire mediante el uso de tecnología de adsorción producen una alta fracción de oxígeno como salida. El mecanismo de funcionamiento de una planta de adsorción de oxígeno moderna se basa en la variación de la absorción de un componente de gas particular por el adsorbente a medida que cambia la temperatura y la presión parcial del gas.
Por lo tanto, los procesos de adsorción de gas y regeneración del adsorbente pueden regularse variando los parámetros de presión y temperatura.
El proceso de flujo de la planta de oxígeno está organizado de tal manera que los componentes de la mezcla de gases altamente absorbibles son absorbidos por el adsorbente, mientras que los componentes poco absorbibles y no absorbibles pasan a través de la planta. Hoy en día, existen tres métodos para organizar el proceso de separación de aire basado en adsorción con el uso de tecnologías de oscilación: presión (PSA), vacío (VSA) y mixto (VPSA). En los procesos de flujo de adsorción por oscilación de presión, el oxígeno se recupera a presión superior a la atmosférica y la regeneración se logra a presión atmosférica . En los procesos de flujo de adsorción por oscilación de vacío, el oxígeno se recupera a presión atmosférica y la regeneración se logra a presión negativa . El funcionamiento de los sistemas mixtos combina variaciones de presión de positiva a negativa.
Las plantas de adsorción de oxígeno producen de 5 a 5.000 metros cúbicos normales por hora de oxígeno con una pureza del 93-95%. Estos sistemas, diseñados para funcionar en interiores, están diseñados para producir oxígeno gaseoso de manera eficaz a partir del aire atmosférico.
Una ventaja indiscutible de las plantas de oxígeno basadas en adsorción es el bajo coste del oxígeno producido en los casos en los que no existen requisitos rígidos sobre la pureza del oxígeno del producto.
Estructuralmente, la planta de adsorción de oxígeno consta de varios adsorbedores, la unidad compresora, la unidad prepurificadora, el sistema de válvulas y el sistema de control de la planta .
Un adsorbedor simple es una columna llena de capas de adsorbentes especialmente seleccionados: sustancias granulares que adsorben preferentemente componentes altamente adsorbibles de una mezcla de gases.
Cuando se requiere una pureza de oxígeno gaseoso del 90-95% con una capacidad de hasta 5.000 Nm3 por hora, las plantas de oxígeno por adsorción son la opción óptima. Esta pureza de oxígeno también se puede obtener mediante el uso de sistemas basados en la tecnología criogénica; sin embargo, las plantas criogénicas son más engorrosas y complejas en su funcionamiento.
Algunas empresas producen sistemas de alta eficiencia para la producción de oxígeno a partir del aire atmosférico con ayuda de la tecnología de membranas .
La base de la separación de medios gaseosos mediante sistemas de membranas es la diferencia de velocidad con la que los distintos componentes de la mezcla de gases penetran en la sustancia de la membrana. La fuerza impulsora del proceso de separación de gases es la diferencia de presiones parciales en los distintos lados de la membrana.
La membrana de separación de gases moderna que utiliza GRASYS ya no es una placa plana, sino que está formada por fibras huecas. La membrana está formada por una fibra de polímero porosa con la capa de separación de gases aplicada en su superficie externa. Estructuralmente, una membrana de fibra hueca está configurada como un cartucho cilíndrico que representa una bobina con fibra de polímero enrollada específicamente.
Debido a la alta permeabilidad del material de la membrana al oxígeno en comparación con el nitrógeno, el diseño de complejos de oxígeno de membrana requiere un enfoque especial. Básicamente, existen dos tecnologías de producción de oxígeno basadas en membranas: compresor y vacío.
En el caso de la tecnología de compresores, el aire se introduce en el espacio de la fibra bajo una presión excesiva, el oxígeno sale de la membrana bajo una ligera presión excesiva y, cuando es necesario, se presuriza mediante un compresor de refuerzo hasta el nivel de presión requerido . Mediante el uso de la tecnología de vacío , se utiliza una bomba de vacío para lograr la diferencia de presiones parciales.
Diseñadas para funcionar en interiores, las plantas de oxígeno de membrana permiten enriquecer eficazmente el aire con oxígeno hasta una concentración del 30-45 %. Los complejos están diseñados para producir entre 5 y 5000 nm3/h de aire oxigenado. [1]
En la planta de oxígeno por membrana, la separación de gases se realiza en el módulo de separación de gases, compuesto por membranas de fibra hueca, que constituye la unidad crítica y de alta tecnología de la planta . Además de la unidad de separación de gases, otros componentes técnicos importantes son el compresor de refuerzo o la bomba de vacío, la unidad de prepurificación y el sistema de control de la planta.
La adopción de sistemas de membrana para enriquecer el aire promete múltiples ahorros de oxígeno, donde una concentración de oxígeno del 30-45 % es suficiente para cubrir las necesidades del proceso [ cita requerida ] . Además del ahorro para el cliente en el costo del oxígeno del producto, existe un efecto económico colateral basado en costos operativos extremadamente bajos.
Con la incorporación de la tecnología de membranas, las plantas de oxígeno presentan características técnicas excepcionales. Las plantas de oxígeno de membrana son altamente confiables debido a la ausencia de partes móviles en el módulo de separación de gases.
Los sistemas son muy sencillos de manejar: el control de todos los parámetros operativos se realiza de forma automática [ cita requerida ] . Debido al alto grado de automatización de la planta, no se requiere la supervisión de personal durante su funcionamiento.
Las plantas de oxígeno por membrana se están aplicando cada vez más en diversas industrias en todo el mundo. Con requisitos moderados de pureza de oxígeno en el producto (hasta un 30-45 %), los sistemas de membrana generalmente resultan más rentables que los sistemas de adsorción y criogénicos. Además, las plantas de membrana son mucho más sencillas de operar y más confiables [ cita requerida ] .