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Génération d'azote par adsorption par variation de pression (PSA)

Compressed Air Wiki Nitrogen Industrial Gases

Avoir la possibilité de créer son propre azote signifie avoir le plein contrôle de son approvisionnement en N2. Beaucoup d'entreprises ayant besoin d'azote sur une base quotidienne pourraient y gagner. Qu'est-ce que cela signifie pour votre entreprise ? Quand vous générez de l'azote en interne, vous n'avez pas à recourir à des tiers pour son approvisionnement, ce qui élimine les besoins de traitement, les recharges et les frais de livraison. L'adsorption par variation de pression est l'une des manières de générer cet azote.

Comment fonctionne l'adsorption par variation de pression ?

Lorsque vous produisez votre propre azote, vous devez connaître et comprendre le degré de pureté que vous voulez atteindre. Certaines applications nécessitent des niveaux de pureté faibles (entre 90 et 99 %), telles que le gonflage des pneus et la prévention anti-incendie, tandis que d'autres, comme les applications de l'industrie agroalimentaire et de production des boissons ou de moulage des plastiques, requièrent des niveaux élevés (de 97 à 99,999 %). Dans ces cas-là, la technologie PSA est la manière idéale et aussi la plus facile d'y parvenir.

En substance, un générateur d'azote fonctionne en séparant les molécules d'azote des molécules d'oxygène à l'intérieur de l'air comprimé. L'adsorption par variation de pression y parvient en piégeant par adsorption l'oxygène contenu dans la vapeur d'air comprimé. L'adsorption est un phénomène par lequel des molécules se lient à un adsorbant. Dans le cas qui nous occupe, les molécules d'oxygène se fixent sur un tamis moléculaire de carbone (CMS). Cette réaction se produit dans deux réservoirs de pression, chacun rempli de CMS, qui basculent entre le processus de séparation et le processus de régénération. Pour le moment, appelons-les colonne A et colonne B.

Pour commencer, l'air comprimé sec et propre entre dans la colonne A et puisque les molécules d'oxygène sont plus petites que les molécules d'azote, elles pénètrent dans les pores du tamis de carbone. En revanche, les molécules d'azote ne peuvent pas traverser ces pores et contournent le tamis moléculaire de carbone. Par conséquent, l'azote obtenu a la pureté désirée. Cette phase est appelée phase d'adsorption ou de séparation.

Tout ne s'arrête pas là cependant. La majeure partie de l'azote produit dans la colonne A quitte le système (prêt pour son stockage ou son utilisation directe), tandis qu'une petite partie de l'azote généré est envoyée dans la colonne B en sens inverse (de haut en bas). Ce flux est nécessaire pour évacuer l'oxygène piégé dans la phase d'adsorption préalable de la colonne B. Le relâchement de la pression dans la colonne B fait perdre au tamis moléculaire de carbone sa capacité de rétention des molécules d'oxygène. Celles-ci se détachent du tamis et sont acheminées au travers du conduit d'échappement par le petit flux d'azote en provenance de la colonne A. Ce faisant, le système fait de la place aux nouvelles molécules d'oxygène qui se fixeront au tamis lors de la phase d'adsorption suivante. Ce processus de « nettoyage » est appelé régénération de colonne saturée en oxygène.

Graphique montrant le processus de production d'azote. Au début, le réservoir A est en phase d'adsorption tandis que le réservoir B est en phase de régénération. Au cours de la deuxième étape, les deux réservoirs égalisent la pression après quoi le réservoir A commence la régénération tandis que le réservoir B génère de l'azote.

Au début, le réservoir A est en phase d'adsorption tandis que le réservoir B est en phase de régénération. Au cours de la deuxième étape, les deux réservoirs égalisent la pression en préparation du basculement. Après le basculement, le réservoir A commence la régénération tandis que le réservoir B génère de l'azote.

A ce stade, la pression dans les deux colonnes s'équilibre et les phases changent d'adsorption à régénération et vice versa. Le CMS se sature dans la colonne A, tandis que la colonne B, en raison de la dépressurisation, sera en mesure de redémarrer le processus d'adsorption. Ce processus est aussi appelé « modulation de pression », ce qui signifie qu'il permet à certains gaz d'être capturés à une pression plus élevée et libérés à basse pression. Le système PSA à deux tours permet la production en continu d'azote au niveau de pureté souhaité.

Pureté de l'azote et exigences en matière d'air d'admission

Il est important de comprendre le niveau de pureté nécessaire à chaque application pour produire son propre azote en conséquence. Néanmoins, il faut tenir compte de certaines exigences générales relatives à l'air d'admission. L'air comprimé doit être propre et sec avant d'entrer dans le générateur d'azote ; ceci a un impact positif sur la qualité de l'azote et empêche également l'endommagement du CMS par l'humidité. En outre, la température et la pression d'entrée doivent être contrôlées entre 10 et 25 degrés Celsius, tout en maintenant la pression entre 4 et 13 bar. Pour traiter l'air correctement, il doit y avoir un sécheur entre le compresseur et le générateur. Si l'air est fourni par un compresseur lubrifié à l'huile, vous devez également installer un filtre à huile à coalescence et un filtre à charbon pour vous débarrasser de toutes les impuretés de l'air comprimé entrant dans le générateur d'azote. Des capteurs de point de rosée sous pression, de pression et de température sont installés en tant que détecteurs de sécurité dans la plupart des générateurs pour empêcher l'air contaminé de pénétrer dans le système PSA et d'endommager ses composants.


Installation standard : compresseur d'air, sécheur, filtres, réservoir d'air, générateur d'azote, réservoir d'azote. L'azote peut être consommé directement à partir du générateur ou transiter par un réservoir tampon supplémentaire (non illustré).

Un autre aspect important de la production d'azote par PSA est le facteur d'air. Il s'agit d'un des principaux paramètres d'importance dans un système générateur d'azote, car il définit l'air comprimé nécessaire pour obtenir un certain débit d'azote. Le facteur d'air indique ainsi l'efficacité du générateur, donc un facteur d'air inférieur indique une plus grande efficacité et, bien entendu, une réduction des coûts de fonctionnement dans l'ensemble.

Choix entre générateur PSA et générateur à membrane

 

PSA

MEMBRANE

PURETE REALISABLE

JUSQU'A 99,999 %

JUSQU'A 99,999 %

RENDEMENT

PLUS ELEVE

ELEVE

PERFORMANCE VS TEMP.

PLUS FAIBLE A HAUTE TEMP.

PLUS ELEVEE A HAUTE TEMP.

COMPLEXITE DU SYSTEME

MOYEN

FAIBLE

INTENSITE DE SERVICE

FAIBLE

TRES FAIBLE

STABILITE DE PRESSION

FLUCTUATION D'ENTREE/DE SORTIE

STABLE

STABILITE DU DEBIT

FLUCTUATION D'ENTREE/DE SORTIE

STABLE

VITESSE DE DEMARRAGE

MINUTES/HEURES

SECONDES

SENSIBILITE A L'EAU (VAPEUR)

PDP MAX DE 8 °C

PAS D'EAU LIQUIDE

SENSIBILITE A L'HUILE

NON AUTORISEE (< 0,01 mg/m³)

NON AUTORISEE (< 0,01 mg/m³)

NIVEAU DE BRUIT

HAUT (pics de décompression)

TRES FAIBLE

POIDS

MOYEN

FAIBLE

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