Principes et caractéristiques des générateurs d'azote

A générateur d'azoteest un appareil qui utilise l'air comme matière première et sépare l'oxygène et l'azote par des méthodes physiques pour obtenir de l'azote gazeux. Selon différentes méthodes de séparation, les générateurs d'azote industriels peuvent être classés en trois types : séparation de l'air cryogénique, séparation de l'air par tamis moléculaire (PSA) et séparation de l'air par membrane.

Le générateur d'azote est conçu et fabriqué sur la base de la technologie PSA (Pressure Swing Adsorption). Il utilise un tamis moléculaire en carbone (CMS) importé de haute qualité comme adsorbant et adopte le principe de l'adsorption modulée en pression à température normale pour séparer l'azote de l'oxygène dans l'air, produisant ainsi de l'azote de haute pureté. Habituellement, deux tours d'adsorption sont connectées en parallèle. Contrôlées par un système PLC importé, les vannes pneumatiques fonctionnent automatiquement pour effectuer alternativement une régénération par adsorption et dépressurisation par pressurisation, complétant ainsi la séparation oxygène-azote et obtenant de l'azote avec la pureté requise.

Principe de fonctionnement du générateur d'azote

Principe de génération d'azote par adsorption modulée en pression PSA

Le tamis moléculaire en carbone peut adsorber à la fois l'oxygène et l'azote présents dans l'air. Sa capacité d'adsorption augmente avec l'augmentation de la pression. Sous la même pression, il n’y a pas de différence évidente entre la capacité d’adsorption à l’équilibre de l’oxygène et de l’azote. Par conséquent, il est difficile d’obtenir une séparation efficace de l’oxygène et de l’azote uniquement par des changements de pression.

En considérant la différence de taux d'adsorption, les caractéristiques d'adsorption de l'oxygène et de l'azote peuvent être efficacement distinguées. Le diamètre moléculaire de l’oxygène est plus petit que celui de l’azote, sa vitesse de diffusion est donc des centaines de fois plus rapide que celle de l’azote. Par conséquent, le tamis moléculaire en carbone absorbe l’oxygène beaucoup plus rapidement. Après environ une minute d'adsorption, plus de 90 % de l'oxygène peut être adsorbé, tandis que la quantité d'azote adsorbée n'est que d'environ 5 %.

A ce stade, le gaz adsorbé est principalement de l’oxygène, tandis que le gaz restant est principalement de l’azote. En contrôlant le temps d'adsorption en une minute, l'oxygène et l'azote peuvent être initialement séparés. En d’autres termes, l’adsorption et la désorption sont obtenues grâce à des différences de pression : l’adsorption se produit lorsque la pression augmente et la désorption se produit lorsque la pression diminue.

La séparation de l'oxygène et de l'azote dépend de la différence de vitesse d'adsorption entre les deux gaz. En contrôlant le temps d'adsorption, l'oxygène peut être suffisamment adsorbé alors que l'azote n'a pas suffisamment de temps pour être adsorbé, puis le processus d'adsorption est arrêté pour obtenir une production efficace d'azote.

Principe de génération d'azote par séparation cryogénique de l'air

La génération d'azote cryogénique peut produire non seulement de l'azote gazeux mais également de l'azote liquide, répondant ainsi aux exigences des processus où l'azote liquide est requis. L'azote liquide peut être stocké dans un réservoir de stockage d'azote liquide. Lorsque l'alimentation en azote est interrompue ou que l'unité de séparation d'air nécessite une maintenance, l'azote liquide stocké entre dans le vaporisateur, est chauffé, puis introduit dans le pipeline d'azote pour répondre aux besoins en azote de l'équipement de traitement.

Le cycle d'exploitation de la génération d'azote cryogénique (l'intervalle entre deux opérations de réchauffement majeures) est généralement supérieur à un an. Par conséquent, l’équipement de secours n’est généralement pas envisagé pour les systèmes de génération d’azote cryogénique. Cependant, les générateurs d’azote PSA ne peuvent produire que de l’azote gazeux sans capacité de stockage de secours, et une seule unité ne peut garantir un fonctionnement continu à long terme.

Principe de génération d'azote par séparation d'air par membrane

Après avoir été comprimé et filtré par un compresseur d'air, l'air pénètre dans un séparateur à membrane à haute teneur en polymère. En raison des différences de solubilité et de coefficients de diffusion des différents gaz dans la membrane, différents gaz ont des taux de perméation différents.

Sur la base de cette caractéristique, les gaz peuvent être divisés en « gaz rapides » et « gaz lents ».

Sous la différence de pression entre les deux côtés de la membrane, les gaz ayant des taux de perméation plus rapides, tels que la vapeur d'eau, l'hydrogène, l'hélium, le sulfure d'hydrogène et le dioxyde de carbone, traversent la membrane et s'enrichissent du côté perméat.

Pendant ce temps, les gaz ayant des taux de perméation plus lents, tels que le méthane, l'azote, le monoxyde de carbone et l'argon, sont retenus et enrichis du côté alimentation, réalisant ainsi la séparation des gaz mélangés.

Caractéristiques de l'équipement générateur d'azote

Pratique et rapide

Grâce à une technologie avancée et à un système de distribution de flux d'air unique, la distribution du flux de gaz est plus uniforme, permettant une utilisation efficace du tamis moléculaire en carbone. L'azote qualifié peut être produit en 20 minutes environ.

Opération facile

L'équipement présente une structure compacte et une conception intégrée montée sur patins, nécessitant moins d'espace d'installation et aucun investissement en construction civile. Avec un faible investissement initial, les utilisateurs n’ont qu’à connecter l’alimentation électrique sur place pour démarrer la production d’azote.

Fonctionnement économique

La technologie PSA est une méthode simple et efficace de génération d’azote qui utilise l’air comme matière première. Sa consommation énergétique provient principalement de l’électricité consommée par le compresseur d’air. Il présente de faibles coûts d’exploitation, une faible consommation d’énergie et un rendement élevé.