Principen för PSA-kvävegenerering
Kolmolekylära siktar kan samtidigt adsorbera både syre och kväve från luften; dessutom ökar deras adsorptionskapacitet när trycket stiger. Vid ett givet tryck finns det emellertid ingen signifikant skillnad mellan jämviktsadsorptionskapaciteten för syre och kväve. Följaktligen är det svårt att uppnå en effektiv separation av syre och kväve baserat enbart på tryckvariationer. Men genom att ta adsorptionskinetiken-specifikt, adsorptionshastigheten- i beräkningen, kan adsorptionsegenskaperna för syre och kväve effektivt differentieras. Syremolekyler har en mindre diameter än kvävemolekyler; följaktligen är deras diffusionshastighet flera hundra gånger snabbare än kvävets. Som ett resultat adsorberar kolmolekylsilar syre mycket snabbt och når över 90 % av sin adsorptionskapacitet inom cirka en minut. Vid samma tidpunkt är adsorptionsupptaget för kväve endast cirka 5 %. Därför består substansen som adsorberas under detta korta intervall till övervägande del av syre, medan den återstående gasen-den oadsorberade delen- huvudsakligen består av kväve. Genom att begränsa adsorptionsvaraktigheten till mindre än en minut kan således en preliminär separation av syre och kväve uppnås. I huvudsak drivs processerna för adsorption och desorption av tryckskillnader-adsorption uppstår när trycket ökar och desorption uppstår när trycket minskar. Den faktiska differentieringen mellan syre och kväve är emellertid beroende av skillnaden i deras adsorptionshastigheter och uppnås genom att exakt kontrollera adsorptionens varaktighet; genom att hålla denna varaktighet mycket kort adsorberas syret helt, medan adsorptionsprocessen stoppas innan kvävet har hunnit adsorberas.
Principen för kryogen luftseparering för generering av kväve
Kryogena kvävegenereringssystem kan producera inte bara gasformigt kväve utan även flytande kväve, och därigenom tillfredsställa processkrav som specifikt kräver flytande kväve. Dessutom kan det producerade flytande kvävet lagras i dedikerade lagringstankar. I fall av intermittent kvävebehov eller under mindre underhåll av luftsepareringsenheten kan det flytande kvävet som lagras i dessa tankar ledas in i en förångare, värmas upp och sedan matas in i produktkväveledningen för att möta kvävekraven i nedströms processanläggningen. Driftscykeln för en anläggning för generering av kryogen kväve (definierad som intervallet mellan två stora uppvärmningscykler) sträcker sig vanligtvis över mer än ett år; följaktligen anses det i allmänhet onödigt att tillhandahålla en dedikerad backup-enhet för kryogena system. Däremot kan PSA-system (Pressure Swing Adsorption) endast producera gasformigt kväve och saknar sådan backup-kapacitet; därför kan en enda PSA-enhet inte garantera kontinuerlig,-långsiktig drift utan avbrott.
Principen för membranluftseparation för kvävegenerering
Efter att ha komprimerats och filtrerats kommer luft in i en polymermembranseparationsenhet. Eftersom olika gaser har olika löslighet och diffusionskoefficienter i membranmaterialet, uppvisar de olika relativa permeationshastigheter när de passerar genom membranet. Baserat på denna egenskap kan gaser brett kategoriseras i två grupper: "snabba gaser" och "långsamma gaser". När en gasblandning utsätts för en tryckskillnad över ett membran passerar gaser med relativt snabba permeationshastigheter-såsom vatten, väte, helium, vätesulfid och koldioxid- genom membranet och anrikas på permeatsidan. Omvänt bibehålls och anrikas gaser med relativt långsammare genomträngningshastigheter-såsom metan, kväve, kolmonoxid och argon- på retentatsidan av membranet, varigenom separationen av gasblandningen uppnås.