Princip tvorby PSA dusíku
Uhlíková molekulová síta jsou schopna současně adsorbovat jak kyslík, tak dusík ze vzduchu; dále se jejich adsorpční kapacita zvyšuje se stoupajícím tlakem. Při jakémkoli daném tlaku však neexistuje žádný významný rozdíl mezi rovnovážnými adsorpčními kapacitami kyslíku a dusíku. V důsledku toho je obtížné dosáhnout účinné separace kyslíku a dusíku pouze na základě kolísání tlaku. Pokud však vezmeme v úvahu adsorpční kinetiku-konkrétně míru adsorpce-, lze adsorpční charakteristiky kyslíku a dusíku účinně rozlišit. Molekuly kyslíku mají menší průměr než molekuly dusíku; v důsledku toho je jejich rychlost difúze několik setkrát rychlejší než rychlost dusíku. Výsledkem je, že uhlíková molekulární síta velmi rychle adsorbují kyslík a během přibližně jedné minuty dosáhnou více než 90 % své adsorpční kapacity. Ve stejném okamžiku je adsorpční absorpce dusíku pouze kolem 5 %. Látka adsorbovaná během tohoto krátkého intervalu se tedy skládá převážně z kyslíku, zatímco zbývající plyn-neadsorbovaná část-sestává převážně z dusíku. Omezením doby trvání adsorpce na méně než jednu minutu lze tedy dosáhnout předběžné separace kyslíku a dusíku. Procesy adsorpce a desorpce jsou v podstatě řízeny tlakovými rozdíly,-k adsorpci dochází, když se tlak zvyšuje, a k desorpci, když tlak klesá. Skutečná diferenciace mezi kyslíkem a dusíkem však závisí na rozdílech v jejich adsorpčních rychlostech a je dosaženo přesným řízením doby trvání adsorpce; udržováním této doby velmi krátké, kyslík je plně adsorbován, zatímco adsorpční proces je zastaven dříve, než má dusík dostatek času k adsorbci.
Princip kryogenní separace vzduchu pro generování dusíku
Systémy pro výrobu kryogenního dusíku jsou schopny produkovat nejen plynný dusík, ale také kapalný dusík, čímž splňují procesní požadavky, které specificky vyžadují kapalný dusík. Produkovaný kapalný dusík lze dále skladovat ve vyhrazených skladovacích nádržích. V případech přerušované potřeby dusíku nebo během drobné údržby vzduchové separační jednotky může být kapalný dusík uložený v těchto nádržích nasměrován do odpařovače, ohříván a poté přiváděn do potrubí pro produkt dusíku, aby byly splněny požadavky na dusík v následném procesním zařízení. Provozní cyklus kryogenního zařízení na výrobu dusíku (definovaný jako interval mezi dvěma hlavními-zahřívacími cykly) obvykle trvá déle než jeden rok; v důsledku toho se obecně považuje za zbytečné poskytovat vyhrazenou záložní jednotku pro kryogenní systémy. Naproti tomu systémy s tlakovou swing adsorpcí (PSA) jsou schopny produkovat pouze plynný dusík a postrádají takové záložní schopnosti; proto jediná jednotka PSA nemůže zaručit nepřetržitý, dlouhodobý-provoz bez přerušení.
Princip membránové separace vzduchu pro generování dusíku
Po stlačení a filtraci vzduch vstupuje do separační jednotky s polymerní membránou. Protože různé plyny mají různé rozpustnosti a difúzní koeficienty v materiálu membrány, vykazují různé relativní rychlosti prostupu, když procházejí membránou. Na základě této charakteristiky lze plyny obecně rozdělit do dvou skupin: „rychlé plyny“ a „pomalé plyny“. Když je směs plynů vystavena tlakovému rozdílu přes membránu, plyny s relativně vysokou rychlostí permeace-jako je voda, vodík, helium, sirovodík a oxid uhličitý-procházejí membránou a obohacují se na straně permeátu. Naopak plyny s relativně nižší rychlostí prostupu-jako je metan, dusík, oxid uhelnatý a argon-se zadržují a obohacují na straně retentátu membrány, čímž se dosahuje separace plynné směsi.