Generadores de nitrógeno para industria química
Los generadores de nitrógeno NITROBERG® abastecen a las plantas químicas con gas inerte a partir de su propio aire comprimido, desde la manta de nitrógeno sobre los tanques hasta la purga de líneas completas, con una pureza regulable entre el 97 % y el 99,999 %. Que la generación in situ compense frente al suministro en cisterna y en botellas depende del volumen, del perfil de consumo y del grado de pureza. Esas tres mismas magnitudes llevan de la lista de consumidores al tamaño del equipo.
Qué abastece un generador de nitrógeno en una planta química
En una planta química, el nitrógeno mantiene el oxígeno alejado de todo aquello con lo que reaccionaría. Cuatro tareas sostienen el consumo. Forma la manta de nitrógeno sobre disolventes y productos almacenados en tanques y silos, e inertiza los reactores cuando la química es sensible al oxígeno. Además purga recipientes y tuberías después de la limpieza, y deja libres de gas los tramos de instalación antes del mantenimiento y de cualquier entrada.
Lo que determina la cuestión del suministro en la química es el volumen y la duración, no la pureza punta. La manta de nitrógeno y la purga funcionan en continuo y suponen la mayor parte del consumo, mientras que la pureza elevada depende casi siempre de un único proceso. Por eso el volumen decide sobre la instalación y el proceso concreto decide sobre la pureza.
El gas se produce a partir de aire comprimido y, como la separación tiene lugar en el tamiz molecular de carbono, cada grado de pureza repercute directamente en la demanda de aire comprimido. Ese es el factor del que trata el apartado siguiente. El desarrollo detallado del proceso figura en la página del generador de nitrógeno PSA, y el artículo correspondiente explica por qué el tamiz molecular de carbono limita por arriba la pureza alcanzable.
Qué proceso necesita qué pureza y cuál impulsa el volumen
En una planta química que ha ido creciendo con los años, el dato de pureza figura a menudo desde hace tiempo en la documentación de la instalación, fijado para el único proceso que lo necesitaba entonces. Desde entonces abastece a todo lo demás. Los valores de la tabla siguiente son valores habituales de la práctica y sirven como punto de partida para contrastar su propio dato. Lo vinculante al final son sus datos de sustancias y su evaluación de riesgos.
| Proceso | Pureza habitual | Función del nitrógeno | Factor determinante |
|---|---|---|---|
| Manta de nitrógeno en tanques de almacenamiento, tanques de proceso y silos | 99,9 % | Mantiene el espacio superior por debajo del rango inflamable y protege el producto de la oxidación | Volumen |
| Inertización de reactores | 99,9 a 99,99 % | Mantiene una atmósfera inerte sobre una química sensible al oxígeno | Pureza |
| Purga de recipientes y tuberías | 99,9 % | Elimina el aire residual y la humedad tras la limpieza y antes de la puesta en marcha | Volumen |
| Desgasificación antes del mantenimiento y de la entrada | 99,9 % | Desplaza los restos inflamables antes de abrir o entrar | Volumen |
| Recuperación de disolventes | 99,9 % | Actúa como gas inerte portador en la condensación y la recuperación | Volumen |
| Manipulación de catalizadores | 99,9 a 99,99 % | Protege frente a la desactivación y la autoignición durante el trasvase | Pureza |
| Producción de polímeros | 99,9 a 99,99 % | Inertiza la reacción, la desgasificación y el almacén de granza | Pureza |
| Transporte neumático de polvos y graneles | 99,9 % | Transporta sin que se forme una atmósfera inflamable | Volumen |
Lo decisivo es la última columna. En cinco de las ocho filas aparece Volumen, y justo eso distingue a la química de la producción farmacéutica. Los procesos que funcionan de forma permanente determinan el tamaño de la instalación. La pureza procede de tres procesos, y esos pueden abastecerse por separado.
Cómo el grado de pureza determina el compresor
La pureza no sale gratis. Cada metro cúbico de nitrógeno cuesta una cantidad fija de aire comprimido, y esa relación, el factor de aire, sube con fuerza por encima del 99,9 %. Depende únicamente de la pureza ajustada, no del tamaño del equipo.
| Pureza | 97 % | 98 % | 99 % | 99,5 % | 99,9 % | 99,99 % | 99,995 % | 99,999 % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Calidad | – | – | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 4.0 | 4.5 | 5.0 |
| Oxígeno residual | – | – | 10.000 ppm | 5.000 ppm | 1.000 ppm | 100 ppm | 50 ppm | 10 ppm |
| Factor de aire | 2,3 | 2,3 | 2,6 | 2,9 | 3,4 | 4,6 | 5,2 | 6,4 |
Para el 97 % y el 98 %, la hoja de datos no indica calidad ni valor de oxígeno residual.
Una planta química con una demanda permanente de 150 Nm³/h para manta de nitrógeno y purga necesita unos 510 Nm³/h de aire comprimido al 99,9 %. Si ese mismo volumen se ajusta al 99,999 %, exige unos 960 Nm³/h, es decir, casi el doble de compresor y casi el doble de potencia eléctrica. Además, el generador sube varios tamaños, porque el mismo equipo entrega bastante menos con pureza elevada.
Se trata de un cálculo de modelo con los factores de aire de la hoja de datos y no de un valor de proyecto, pero el orden de magnitud vale para cualquier planta. Por eso compensa abastecer por separado un proceso concreto con alta exigencia en lugar de elevar el nivel de toda la planta.
Del perfil de carga al tamaño del generador de nitrógeno
El tamaño no se deduce del volumen anual, sino del perfil de carga. La manta de nitrógeno consume de forma permanente la misma cantidad pequeña, un ciclo de purga consume un múltiplo durante pocos minutos, y una línea de envasado consume poco de forma constante. Este es el orden para pasar de sus consumidores al equipo.
Registrar cada consumidor por separado
Registre por separado el parque de tanques, los reactores, los puestos de purga, las líneas de transporte y el envasado, cada uno con volumen, duración y perfil temporal. Un ciclo de purga es un pico, no una carga permanente. Quien suma todos los picos acaba en un tamaño que la marcha normal nunca aprovechará.
Fijar la pureza por proceso
Contraste la exigencia más alta de su lista con la tabla anterior y calcule con el factor de aire lo que cuesta si se aplica a toda la planta. A menudo resulta más barato un segundo suministro, más pequeño, para ese único proceso.
Cubrir los picos de purga con el depósito pulmón, no con el tamaño
Un pico de pocos minutos lo absorbe el depósito de nitrógeno, no el equipo del tamaño siguiente. En toda la gama, los depósitos de nitrógeno van de 90 l a 6.000 l y los depósitos de aire comprimido de 90 l a 10.000 l. De ese volumen solo es aprovechable la cantidad que queda entre la presión de almacenamiento y la presión de proceso.
Comprobar el aire comprimido, en cantidad y en calidad
La demanda multiplicada por el factor de aire da el caudal de aire comprimido necesario, y hay que contrastarlo con la capacidad libre de su sala de compresores antes de fijar un tamaño. Cuente con el caso desfavorable: un consumo permanente adicional del orden de magnitud del cálculo anterior supera con frecuencia la reserva de una sala que ha ido creciendo con los años, y entonces la ampliación del lado de aire comprimido forma parte de la inversión y no es una partida secundaria. Para una primera estimación bastan el caudal de la placa de características de sus compresores y la carga real que indica el control. En la química se añade una pregunta que otros sectores no tienen: ¿de dónde aspira el compresor? Los vapores de disolventes en el aire aspirado cargan además el tratamiento, y los restos de aceite y la humedad residual acortan la vida útil del tamiz molecular de carbono. A ello se suman la superficie de instalación, el aire de ventilación y el calor residual en la sala de compresores.
Recibirá de vuelta el tamaño, la demanda de aire comprimido y el volumen pulmón.
Basta con una línea por consumidor, con volumen, duración y pureza. Nuestros ingenieros de aplicación calculan el dimensionado y le responden con una propuesta.
Protección contra explosiones y obligaciones del titular
En la química, la protección contra explosiones es una obligación del titular de la instalación, y la inertización es el medio técnico con el que la cumple. Por eso, cuánto nitrógeno necesita una planta se decide en parte aquí.
Decide la concentración límite de oxígeno, no la hoja de datos
Por debajo de una concentración de oxígeno propia de cada sustancia, una mezcla deja de ser inflamable, y la práctica operativa trabaja con un margen de seguridad por debajo de ese valor. Ese valor difiere notablemente entre disolventes, gases y polvos, y no existe una cifra universal. Procede de los datos de seguridad de la sustancia y de su evaluación de riesgos.
En Alemania, el artículo 12 del reglamento alemán sobre sustancias peligrosas (Gefahrstoffverordnung) establece el orden de prelación de las medidas de protección: primero evitar cantidades o concentraciones peligrosas de sustancias peligrosas, después las fuentes de ignición y las condiciones desencadenantes, y solo a continuación reducir los efectos nocivos. La inertización aplica técnicamente el primer nivel de ese orden. El artículo no la menciona literalmente; la asignación se deriva del orden de prelación.
Vigilancia de oxígeno, porque el nitrógeno desplaza al oxígeno
El nitrógeno no es inflamable ni tóxico, y justo por eso se subestima su verdadero peligro. Desplaza al oxígeno. En las salas de instalación, y más aún en recipientes en los que se entra, hace falta por tanto una vigilancia de oxígeno, y la entrada sigue las reglas para trabajos en espacios confinados. La referencia reconocida del sector es el documento EIGA Doc 44, «Hazards of inert gases and oxygen depletion».
Las obligaciones siguen siendo del titular. El generador entrega el gas inerte con el que se cumplen, y el dimensionado fija qué volumen y qué pureza llegan al punto de consumo.
De ahí se deriva una pregunta que va antes del tamaño y no después. Allí donde la inertización sostiene una medida de protección, la disponibilidad de la fuente de nitrógeno forma parte de la misma evaluación de riesgos que la propia medida. El depósito pulmón cubre entonces minutos, no horas. Qué nivel de respaldo hace falta más allá, y si el proceso lo necesita siquiera, se decide por sus sustancias y por su modo de operación, y esa decisión corresponde a la planificación de la instalación, antes de elegir un equipo.
Generación propia o suministro en cisterna para plantas químicas
La vía de suministro clásica es el nitrógeno líquido en cisterna o el bloque de botellas. Ambas dependen de un contrato de suministro, de revisiones anuales de precio y de plazos. Con una demanda baja y muy variable y con picos poco frecuentes, el suministro sigue siendo la respuesta adecuada. Con una carga permanente elevada, el caso normal en la química, la cuenta se inclina hacia la generación propia, y el dimensionado muestra dónde exactamente, a partir del volumen anual y del perfil de carga. En ese paso se cambia un riesgo de precio por otro: en lugar de la revisión anual de su proveedor de gas, asume usted el precio de la electricidad. Pero la electricidad la compra en cualquier caso, conoce sus condiciones y no queda atado a un único proveedor con obligación de compra.
La factura de gas se convierte en una partida calculable
La factura de gas corriente se convierte en una inversión y en un consumo eléctrico que se puede calcular. Con carga alta y uniforme, la amortización frente al suministro de nitrógeno líquido se sitúa normalmente entre dos y tres años. Lo que se compara es la generación propia con el suministro corriente de nitrógeno líquido; una ampliación de su sala de compresores no está incluida en ese margen y corresponde a su propio cálculo. Una cisterna pierde además producto por evaporación, aunque no se consuma.
Piezas de desgaste para la fecha de mantenimiento
Los filtros y los componentes estándar los compra en el mercado libre, donde quiera. Eso se decide menos por el precio que por la fecha: las piezas que tiene cualquier distribuidor llegan dentro de su ventana de mantenimiento, en lugar de esperar un envío del fabricante.
Volumen sin contrato de suministro
El volumen disponible depende del compresor y de su propia demanda, no de un contrato de compra ni de una fecha de entrega. Si cambia su perfil de carga, cambia usted el modo de operación en lugar de renegociar condiciones a posteriori.
Acceso directo a la ingeniería
Las consultas de dimensionado van a la ingeniería y no a un centro de llamadas, disponible en el +49 2151 568 9550. Suministro, puesta en marcha, formación y servicio vienen de una sola mano dentro del BERG Group; la garantía es de tres años y de hasta cinco con contrato de servicio.
Qué generador de nitrógeno encaja con qué caudal
500 y 4000 son designaciones de tipo y no indicaciones de potencia. Entre esos dos extremos hay 18 tamaños que, con una pureza del 99,9 %, cubren de 4,1 a 654,9 Nm³/h, con saltos intermedios proporcionalmente pequeños. El caudal aprovechable depende de la pureza ajustada; por eso abajo figura el rango por pureza y no una cifra única.
| Parámetro | Tamaño 500 | Tamaño 4000 |
|---|---|---|
| Nitrógeno al 97 % | 10,7 Nm³/h | 1.709,1 Nm³/h |
| Nitrógeno al 99,9 % | 4,1 Nm³/h | 654,9 Nm³/h |
| Nitrógeno al 99,999 % | 1,2 Nm³/h | 191,7 Nm³/h |
| Demanda de aire comprimido al 99,9 % | 13,9 Nm³/h | 2.226,6 Nm³/h |
| Depósito de nitrógeno | 90 l | 6.000 l |
| Depósito de aire comprimido | 90 l | 10.000 l |
El punto de trabajo de la mayoría de las plantas químicas está en el 99,9 %. Las purezas altas cuestan caudal aprovechable, aire comprimido y, por tanto, tamaño: al 99,999 % el mismo equipo entrega alrededor de una novena parte del volumen posible al 97 %. El sistema completo con compresor, tratamiento y acumulación lo encontrará en la página del sistema completo de generación de nitrógeno, y la visión general de productos muestra la gama en su conjunto.
Preguntas frecuentes de la industria química
Inertizar significa desplazar el oxígeno de un recipiente, un reactor o una tubería hasta el punto de que una mezcla deje de ser inflamable. Para ello se introduce nitrógeno hasta que el oxígeno residual queda por debajo de la concentración límite propia de la sustancia, y después se mantiene ese estado. Cuando el gas permanece de forma continua sobre el producto se habla de manta de nitrógeno, y en tanques de almacenamiento y de proceso también de inertización de tanques.
No. El nitrógeno no arde; al contrario, retira a una atmósfera su capacidad de ignición, y justo en eso se basa la inertización. El peligro está en otro sitio: el nitrógeno desplaza al oxígeno, y en una sala de instalación o en un recipiente la atmósfera puede quedar pobre en oxígeno sin que se note. Lo que de ello se deriva para la operación figura más arriba, en el apartado sobre protección contra explosiones.
El precio depende de dos magnitudes: del volumen que la planta necesita de forma permanente y de la pureza que exige el proceso más exigente. Ambas entran en el tamaño, y la pureza entra además en la demanda de aire comprimido y, con ella, en el consumo eléctrico. Por eso solo es fiable un dimensionado y no una cifra de catálogo. Frente al suministro de nitrógeno líquido, la amortización se sitúa normalmente entre dos y tres años, y cuanto más uniforme y alta es la carga, antes sale la cuenta.
Sí, y en muchos casos es la solución más económica. Hay dos vías: el volumen principal funciona al 99,9 % y el proceso exigente recibe su propio suministro, más pequeño. O bien se alimenta desde una línea independiente con mayor pureza. Qué vía sale más barata lo decide la cuota de volumen de ese único proceso. Si es pequeña, la separación compensa casi siempre, porque de lo contrario el factor de aire se aplicaría al volumen completo en el valor más alto.
Con el depósito pulmón. El generador produce de forma uniforme, el pico dura minutos y la diferencia la absorbe el depósito de nitrógeno, que vuelve a llenarse entre picos. Un pulmón cubre así minutos, no horas. No es aprovechable todo el volumen del depósito, sino solo la cantidad que queda entre la presión de almacenamiento y la presión de proceso. Por eso el tamaño del depósito y la presión de almacenamiento se deciden juntos.
Sí, el aire comprimido es el requisito previo. En la química, sin embargo, la sala de compresores casi siempre existe ya, de modo que la pregunta no suele ser si hay compresor, sino si su capacidad libre alcanza. Multiplique su demanda de nitrógeno por el factor de aire, que va de 2,3 al 97 % a 6,4 al 99,999 %, y contraste el resultado con la reserva de su sala. Donde no hay sala de compresores, los tamaños 500 a 900 están disponibles como sistema completo sobre skid, que incorpora la generación y el tratamiento de aire comprimido.
Para la química, PSA. El límite está en torno al 99,9 %: por encima, la PSA es el procedimiento de elección, y ese es el caso normal en la química. La separación por membrana es más compacta y está operativa antes, pero alcanza normalmente purezas más bajas. Por debajo de ese límite merece la pena comparar, porque allí la membrana puede funcionar con menos aire comprimido.
Las interrupciones cortas las cubre el depósito de nitrógeno, y cuánto aguanta depende de su volumen y de su consumo. Son minutos y no horas. Más allá de eso, un concepto de reserva corresponde a la planificación, y cuál sea lo decide el proceso: un lote que no puede interrumpirse plantea exigencias distintas a una manta de nitrógeno que tolera una pausa. Si la inertización sostiene en ese punto una medida de protección, el nivel de respaldo no es una cuestión de comodidad, sino que corresponde a su evaluación de riesgos. Por eso el pulmón y la reserva se fijan junto con la planificación de la instalación y no a posteriori. El servicio y los repuestos vienen de una sola mano dentro del BERG Group.