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Production d'azote temporaire : solutions et technologies

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Le saviez-vous ? L'air qui nous entoure est principalement constitué d'azote. Nous avons tous besoin d'oxygène pour survivre. Cependant, l'air que nous respirons est composé de 78 % d'azote, de 21 % d'oxygène seulement et de minuscules quantités d'autres gaz. Le corps humain n'utilise pas cet azote, mais il est très utile dans diverses applications industrielles.

Qu'est-ce que l'azote ?

Commençons par les bases. L'azote est un gaz inerte, inodore et incolore qui ne participe pas au développement de la vie. Toutefois, il est important pour la croissance des plantes et constitue un additif essentiel dans les engrais, même si son utilisation va bien au-delà du jardinage. L'azote apparaît généralement sous forme liquide ou gazeuse (bien qu'il soit également possible d'obtenir de l'azote solide). L'azote liquide est utilisé en tant que réfrigérant, capable de congeler rapidement des aliments et des sujets d'étude destinés à la recherche médicale et aux technologies de reproduction. Pour les besoins de cette explication, nous allons nous concentrer sur l'azote gazeux.

On utilise l'azote dans de nombreuses applications, notamment parce qu'il ne réagit pas lorsqu'il est exposé à d'autres gaz, contrairement à l'oxygène, qui est très réactif. En raison de leur composition chimique, les atomes d'azote ont besoin de plus d'énergie pour être cassés et réagir avec d'autres substances. Les molécules d'oxygène sont par contre plus faciles à séparer, ce qui rend le gaz beaucoup plus réactif. Comme ce n'est pas le cas pour l'azote gazeux, qui permet d'obtenir des environnements non réactifs si nécessaire.

Le manque de réactivité de l'azote est sa plus grande qualité. Ainsi, ce gaz est utilisé pour empêcher l'oxydation lente et rapide. L'industrie électronique présente un exemple parfait de cette utilisation : lors de la production de circuits imprimés et d'autres petits composants, une oxydation lente peut se produire, sous la forme d'une corrosion.

L'oxydation lente est également un phénomène connu de l'industrie agroalimentaire ; dans ce cas, l'azote permet de déplacer ou de remplacer l'air afin de mieux préserver le produit final. Les explosions et les incendies sont des exemples parlants d'oxydation rapide, car ils doivent être alimentés en oxygène. L'élimination de l'oxygène d'un récipient avec de l'azote réduit le risque d'accident de ce type.

Solutions de production d'azote temporaire

Si vous avez besoin d'un approvisionnement temporaire en azote, l'idéal est de louer des équipements adaptés et de générer votre propre azote sur site, à l'aide d'air comprimé. Vous pourrez ainsi contrôler la quantité, la pression et la pureté pour l'application donnée.

Notre parc comprend deux types de générateurs d'azote :
  • Générateurs d'azote à membrane
  • Générateurs d'azote par adsorption par variations de pression
Atlas Copco Rental offre des solutions complètes pour une utilisation sur site, mais aussi des générateurs d'azote adaptés aux applications offshore. Leur qualité et leur fiabilité sont identiques, mais ils présentent des caractéristiques de sécurité supplémentaires pour la vie en mer. Vous n'avez pas beaucoup de place ? Pas de problème. Nous avons même intégré des générateurs d'azote à membrane et un compresseur dans un conteneur de 20 pieds avec cadre de levage agréé DVN 2.7-1.

Comment fonctionne la technologie à membrane ?

Les générateurs d'azote à membrane fonctionnent selon un principe simple. La partie principale du générateur est un module à membrane (de +/- 10 cm de diamètre) rempli de petites fibres polymères creuses. Tout d'abord, l'air comprimé propre et sec entre. En raison de la structure de ces fibres, une partie de cet air les traverse pour arriver à la partie extérieure de la fibre. Au cours de ce processus, appelé « perméation », l'eau, l'oxygène et une partie de l'argon sortent en traversant les fibres par la membrane. A la fin, seul l'azote demeure. Cela est dû au fait que les diverses molécules s'infiltrent à différentes vitesses.

L'eau (H2O) pénètre très rapidement, mais cela prend un peu plus de temps pour l'oxygène. L'argon et l'azote s'infiltrent plutôt lentement, ce qui signifie qu'ils restent dans les fibres longtemps après le passage de l'eau et de l'oxygène (une partie de l'argon s'infiltre également, mais il est peu pertinent de l'éliminer totalement du flux d'air).

En raison de la perméation à travers la paroi de fibres de la membrane, une surpression peut survenir au sein du corps de la membrane. Les fibres peuvent alors s'obstruer, ce qui réduit considérablement l'efficacité de la perméation. Pour éviter cela, le corps présente une ouverture, l'évent du perméat, afin de permettre à ces gaz « d'échappement » (y compris l'eau, l'oxygène et l'argon) de sortir.

Comment fonctionne l'adsorption par variation de pression ?

Lorsque vous produisez votre propre azote, il est important de bien déterminer et connaître le niveau de pureté que vous souhaitez atteindre. Certaines applications nécessitent des niveaux de pureté faibles (entre 90 et 99 %), comme le gonflage des pneus et la prévention des incendies, tandis que d'autres, comme celles de l'industrie agroalimentaire ou le moulage du plastique, exigent des niveaux élevés (de 97 à 99,999 %). Dans ce cas, la technologie PSA est la solution idéale et la plus simple. En substance, un générateur d'azote fonctionne en séparant les molécules d'azote des molécules d'oxygène dans l'air comprimé. L'adsorption par variations de pression effectue cette opération en piégeant l'oxygène du flux d'air comprimé à l'aide de l'adsorption.

L'adsorption se produit lorsque les molécules se lient à un adsorbant. Dans ce cas, les molécules d'oxygène se fixent à un tamis moléculaire de carbone (CMS). Cette opération s'effectue dans deux réservoirs de pression séparés, avec leur propre CMS, qui passent du processus de séparation au processus de régénération. Pour le moment, appelons ces réservoirs « colonne A » et « colonne B ». Pour commencer, l'air comprimé propre et sec pénètre dans la colonne A ; comme les molécules d'oxygène sont plus petites que les molécules d'azote, elles pénètrent dans les pores du tamis à carbone. A l'inverse, les molécules d'azote contournent le tamis moléculaire de carbone, car elles ne peuvent pas le traverser. Par conséquent, vous obtenez l'azote présentant la pureté souhaitée.

Cette phase est appelée « phase d'adsorption » ou « de séparation ». Toutefois, ces molécules ne s'arrêtent pas là. La majeure partie de l'azote produit dans la colonne A sort du système (prête à être utilisée ou stockée directement), tandis qu'une petite partie de l'azote généré est acheminée vers la colonne B, dans le sens opposé (de haut en bas). Ce débit est nécessaire pour chasser l'oxygène capturé lors de la phase d'adsorption précédente de la colonne B. En relâchant la pression dans la colonne B, les tamis moléculaires de carbone perdent leur capacité à retenir les molécules d'oxygène, qui se détachent des tamis et sont évacuées, via l'échappement, par le petit flux d'azote provenant de la colonne A.

Ce faisant, le système libère de l'espace pour que de nouvelles molécules d'oxygène se fixent aux tamis lors de la phase d'adsorption suivante. Nous appelons « régénération » ce processus de « nettoyage » des colonnes saturées d'oxygène.

Vous souhaitez en savoir plus sur nos solutions de production d'azote pour des applications sur site ou offshore ?