Metoder för att utvinna rent kväve från atmosfärisk luft

Att utvinna kväve från atmosfären innebär att det separeras från andra ingående gaser, främst syre och argon. Luften vi andas är cirka 78 volymprocent kväve.

Primära industriella utvinningsmetoder

Kryogen destillation: Den här metoden separerar luft i sina komponentgaser genom att först kyla den till mycket låga temperaturer tills den blir flytande, sedan gradvis värma upp den flytande luften för att koka bort komponenterna vid deras olika kokpunkter.
Pressure Swing Adsorption (PSA): PSA-system använder ett molekylsiktmaterial som selektivt adsorberar syre och andra spårgaser under högt tryck, vilket låter kväve passera som en renad produkt. När trycket släpps desorberas och ventileras de adsorberade gaserna.
Membranseparation: Denna teknik använder sig av semipermeabla membran gjorda av ihåliga fibrer. När tryckluft passerar genom dessa membran tränger syre och vattenånga igenom membranväggarna lättare än kväve, vilket resulterar i en koncentrerad kväveström.

Översikt över processen (allmänna steg)

Luftkompression: Omgivande luft sugs in och komprimeras till ett högre tryck.
Förbehandling: Den komprimerade luften filtreras för att avlägsna partiklar, fukt och CO2, beroende på vald metod.
Separation: Den förbehandlade luften leds in i separationsenheten (kryogenkolonn, PSA-bäddar eller membranmoduler) där kväve isoleras.
Kväveuppsamling: Den renade kvävgasen samlas upp, lagras eller används direkt.
Avgasventilation: Den separerade syrerika eller avfallsgasströmmen ventileras tillbaka till atmosfären.

Jämförelse av teknik för kväveutvinning

Metod	Princip	Renhet uppnås	Energiförbrukning (relativ)	Typisk skala
Kryogen destillation	Skillnad i kokpunkter för flytande luftkomponenter	Upp till 99,999 %+	Hög	Mycket stor (tusentals kubikmeter per timme)
Pressure Swing Adsorption (PSA)	Selektiv adsorption av gaser på molekylsiktar	95 % - 99,9 %	Medium	Medellång till Stor (tiotals till hundratals kubikmeter per timme)
Membranseparering	Differentiella permeationshastigheter genom ett semipermeabelt membran	90 % - 99,5 %	Låg till Medium	Små till medelstora (några till tiotals kubikmeter per timme)