Aria compressa per generatore di azoto a tecnologia PSA a bordo nave

I generatori di azoto sono sempre più frequenti a bordo delle diverse unità navali: dalle cisterne petrolifere alle imbarcazioni di appoggio, rappresentano un completamento ideale rispetto ai compressori per aria compressa di lavoro e quelli di avviamento.

I moderni generatori hanno la capacità di fornire azoto di qualità sempre più elevata, con un tenore di ossigeno residuo inferiore o uguale al 5% del volume.

Un dato particolarmente importante in chiave sicurezza dal momento che si tratta di un livello in grado di escludere i rischi di esplosione.

Generatori e punto di rugiada

Per evitare la formazione di ghiaccio quando l'azoto viene utilizzato per inertizzare sia le pareti delle cisterne di carico per i gas liquidi a bordo della nave, sia le cavità di isolamento tra le due cisterne adiacenti, il punto di rugiada dell'azoto utilizzato deve essere pari o inferiore a -70 gradi centigradi.

A differenza con i generatori PSA, i generatori a membrana di ultima generazione sono in grado di produrre azoto con questa specifica, addirittura direttamente dall'aria fornita dal compressore senza la necessità della presenza di un essiccatore d'aria e un serbatoio d'aria a monte del generatore.

aria compressa per generatore di azoto a tecnologia psa a bordo nave

Produzione di azoto e applicazioni collegate

Ci sono due tecnologie per produrre azoto da aria compressa a temperatura ambiente.

Il processo PSA (Pressure Swing Adsorption) è un processo alternante, che utilizza due torri, entrambe riempite con setacci molecolari, che alternativamente vengono caricati con aria compressa e dalla quale l'ossigeno presente viene assorbito per mantenere solo l'azoto come componente principale nel flusso di gas.

La seconda tecnologia è un processo continuo, che applica microfibre cavo fatte da polimeri speciali, che permettono il passaggio dell'ossigeno tramite le pareti quando l'aria compressa scorre dentro queste microfibre, mentre l'azoto rimane nel flusso principale.

Le microfibre sono unite in migliaia dentro cosiddetti moduli a membrana, dove l'aria compressa entra da un lato e l'azoto prodotto esce dal lato opposto. Per produrre autonomamente l'azoto dall'aria compressa con un generatore da utilizzare a bordo di una nave occorre stabilire il livello di purezza richiesto.

I generatori secondo il processo PSA vengono utilizzati per purezze elevate, mentre i generatori a membrana sono più economici per tutte le altre purezze.

Per un funzionamento corretto e una disponibilità massimale di un generatore di azoto naturalmente si parte dalla qualità dell'aria compressa che entra nel generatore: in generale è richiesto aria priva di particelle e residui d'olio.

Il processo PSA richiede inoltre, che il contenuto d'acqua (punto di rugiada) non superi certi limiti. Altri fattori da tenere in considerazione sono pressione e temperatura di ingresso dell'aria.

I parametri di riferimento generale (per quanto possano cambiare a seconda di esigenze specifiche) sono:

pressione compresa tra 4 e 13 bar;
temperatura tra 15 e 50 gradi.

Le migliori prassi richiedono, inoltre, che per un generatore PSA tra compressore e generatore venga collocato un essiccatore.

APPROFONDIMENTO: "Essiccatori aria compressa a ciclo frigorifero nel settore navale"

Nel caso invece in cui l'aria in ingresso provenga da un compressore non oil free, lubrificato cioè a olio, è assolutamente necessario installare un filtro a coalescenza seguito da un filtro a carbone attivo, in grado di eliminare le impurità e salvaguardare il regolare funzionamento del generatore di azoto.

Livello di purezza

Tornando al livello di purezza, quello ideale per il contesto va studiato e analizzato prima di passare alla fase di produzione autonoma dell'azoto.

Non tutte le applicazioni richiedono infatti gli stessi livelli: al di là del contesto navale, ambiti come quello degli pneumatici richiedono livelli di purezza mediamente bassi, anche attorno al 90%, come le applicazioni nel settore Food and Drink sono previsti livelli di purezza al top (dal 97 al 99,999%).

In tutti questi casi si ricorre alla tecnologia PSA, costituendo la migliore soluzione attualmente presente sul mercato.

APPROFONDIMENTO: "Compressori oil-free a vite di Kaeser: purezza e affidabilità"

Come funziona un generatore di azoto con tecnologia PSA

Il generatore di azoto per l'aria compressa provvede a separare le molecole di azoto da quelle di ossigeno.

La tecnologia PSA opera per adsorbimento imprigionando l'ossigeno presente nel flusso di aria.

L'adsorbimento avviene quando le molecole si legano a un assorbente, nel caso specifico le molecole di ossigeno si legano a un setaccio molecolare al carbonio (CMS, Carbon Molecular Sieve).

Attraverso questo processo è possibile ottenere azoto della purezza richiesta.

Le ulteriori caratteristiche dei generatori di azoto per le navi

I generatori di azoto a membrana di ultima generazione presenti a bordo delle navi sono dotati di un sistema combinato di prefiltraggio e microfiltraggio oltre alla presenza di un filtro a carboni attivi.

I generatori di azoto con elevate portate possono provvedere a soddisfare più esigenze all'interno della nave relativamente a gas propellente, protezione antincendio e antideflagrazione, senza dimenticare le necessità di lavaggi e pulizia dei serbatoi di trasporto.

Kaeser 25 novembre 2020