nitrogeno y oxigeno a partir del aire

NITROGENO Y OXIGENO A PARTIR DEL AIRE

Introducción
La industria de producción de gases industriales (oxígeno, nitrógeno, argón, etc.) a partir del aire es una actividad de enorme importancia económica. Las plantas criogénicas de separación del aire han servido bien a esta industria durante el siglo XX. Ahora sufren la competencia de otras tecnologías en determinados segmentos de mercado perotambién existen nuevas oportunidades para su desarrollo formando parte de ciertos complejos industriales (petroquímicas, centrales eléctricas IGCC, etc.).
El aire es una mezcla de gases formada mayoritariamente por nitrógeno y oxígeno. También contiene pequeñas cantidades de argón, trazas de otros gases (CO2, Ne, He,...) y una cantidad variable de vapor de agua. Aunque hoy día se empleandistintas tecnologías para separar el aire en sus componentes las grandes plantas comerciales siguen utilizando el proceso tradicional de destilación criogénica. Tanto el agua como el CO2 se eliminan en una fase previa al proceso de separación de aire. El proceso más sencillo de esta tecnología es el de Linde con columna simple que fue utilizado por primera vez en 1902. Actualmente, las grandes compañíasproductoras (AIR LIQUIDE, AIR PRODUCTS, BOC, LINDE, PRAXAIR,...) emplean una gran variedad de procesos más complejos según sean los gases que se desean producir (O2, N2, Ar), el grado de pureza de los mismos (90%; 99%; 99,9%; 99,99%) y su fase (liquido, gas). La mayor parte de estos procesos utilizan la columna doble de Linde.
Las plantas criogénicas de separación de aire presentan variasdificultades en su modelización y simulación, lo que representa un atractivo desafío para los ingenieros de diseño; estando caracterizadas por:

1. Complejos diagramas de flujo, con presiones, temperaturas y composiciones químicas muy diferentes.
2. Fuertes interacciones entre sus equipos, tanto de tipo térmico como mecánico y químico,
3. Intercambios de calor y masa con pequeños gradientes detemperatura, presión y potencial químico.
4. Modos de operación muy estrictos.
5. Producción multiproducto con requerimientos de pureza muy elevados.




Las dificultades indicadas son a su vez la oportunidad de optimización de la planta, ya que una pequeña modificación de su estructura puede proporcionar una substancial mejora de la eficiencia global del proceso de producción. El análisis delos resultados de la simulación puede aportar información importante sobre el proceso, la cual no podría obtenerse de otra manera.
La búsqueda de una mayor eficiencia termodinámica del proceso criogénico de separación es un objetivo obligado para mantener su competitividad. Esto se traduce para estas plantas en un menor consumo de trabajo por unidad de producto. El método de análisis exergéticonos ayudara a conseguir dicho objetivo pues permite identificar el origen de las diferentes irreversibilidades que incrementan el consumo de trabajo y valorar la calidad de funcionamiento de los equipos.

Plantas de separación de aire
Las plantas de separación criogénica del aire (ver Fig. 1) constituyen un tipo especial de plantas químicas, basadas en procesos de licuefacción y destilación delaire. La destilación criogénica se utiliza principalmente para la obtención de nitrógeno, oxígeno y argón en cantidades elevadas (>100 Tm/día), ya sea como producto líquido o gaseoso, o bien cuando se requiere una alta pureza de oxígeno (>95%) o producir argón.
Todos los procesos criogénicos están basados en la compresión del aire y su posterior enfriamiento a temperaturas muy bajas, paraconseguir su licuefacción parcial. Esto permite su destilación criogénica (basada en el fenómeno de que cada uno de los componentes puros del aire licúa a temperaturas diferentes) para separar el/los producto/s deseados en una columna de etapas múltiples. Puesto que la temperatura del proceso es muy baja es necesario que equipos como la columna de destilación, intercambiadores de calor y otros...