Tutto l'ossigeno medico viene estratto dall'aria atmosferica. L'aria è composta per il 21% da ossigeno, per il 78% da azoto e per l'1% da gas rari come argon e anidride carbonica. Il nucleo della produzione di ossigeno è estrarre l'ossigeno dall'aria e purificarlo per soddisfare gli standard di purezza medica (maggiore o uguale al 90%). Esistono due tecnologie primarie di separazione dell'aria: separazione criogenica e adsorbimento con oscillazione di pressione (PSA) con setacci molecolari.
Principi di separazione criogenica
Questo processo utilizza l'aria come materia prima. L'aria viene compressa, purificata e liquefatta tramite scambio di calore. L'aria liquefatta è principalmente una miscela di ossigeno liquido e azoto liquido. Sfruttando i loro diversi punti di ebollizione, l'ossigeno e l'azoto vengono separati mediante rettifica. L'ossigeno prodotto dalla separazione criogenica è ossigeno industriale, che richiede ulteriore purificazione, sterilizzazione e altri processi prima di poter essere utilizzato come ossigeno medico.
(Diagramma schematico della separazione criogenica)
Principi di adsorbimento con oscillazione di pressione (PSA) con setacci molecolari
A temperatura ambiente l'aria compressa viene filtrata e purificata. Speciali setacci molecolari generatori di ossigeno vengono utilizzati per adsorbire selettivamente l'azoto presente nell'aria, producendo ossigeno di elevata purezza (93%±3). PSA sta per Pressure Swing Adsorption.
Differenze chiave tra separazione criogenica e PSA
I due metodi differiscono in modo più significativo nei principi di funzionamento e nella forma del prodotto. Il processo criogenico liquefa l'aria a temperature estremamente basse e separa i gas mediante rettifica basata sulle differenze del punto di ebollizione. Produce ossigeno liquido e il risultato iniziale è ossigeno industriale che necessita di ulteriore purificazione per uso medico. Al contrario, il PSA funziona a temperatura ambiente. Si basa su setacci molecolari per adsorbire l'azoto e genera ossigeno gassoso che può essere applicato direttamente per scopi medici.
Dal punto di vista della catena di approvvigionamento, la separazione criogenica si basa sulla fornitura esterna di ossigeno liquido. Qualsiasi interruzione della catena di approvvigionamento metterà a repentaglio la fornitura di ossigeno negli ospedali. Il PSA consente la produzione di ossigeno in loco-, che è indipendente, controllabile e priva di influenze esterne.
In termini di sicurezza, i serbatoi di ossigeno liquido per sistemi criogenici comportano rischi di perdite. Un litro di ossigeno liquido vaporizza in ossigeno gassoso con un volume pari a 800 volte quello originale. Una perdita creerà ampie aree arricchite di ossigeno-che potrebbero facilmente innescare incendi se esposte a fonti di ignizione. Inoltre, gli idrocarburi come l'acetilene si accumulano continuamente nella cella frigorifera principale delle apparecchiature criogeniche, creando rischi di esplosione. PSA funziona a temperatura normale e a bassa pressione e i suoi setacci molecolari possono assorbire la maggior parte dell'acetilene e degli idrocarburi, offrendo vantaggi intrinseci in termini di sicurezza.
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