Générateurs d'azote produire du gaz azote pur sur site en le séparant de l'air ambiant. Nous savons tous que l'air est composé d'environ 78% d'azote en volume. Ainsi, l'unité d'azote comprime cet air puis utilise des matériaux spéciaux pour éliminer l'oxygène et les autres impuretés. Le résultat est un flux continu d'azote de haute pureté pour un usage industriel.
Lisez la suite pour découvrir les principes principaux, les composants et les conseils d'installation simples pour les unités de génération d'azote sur site.
Principes de production d'azote
Séparation de l'air
L'une des méthodes de production d'azote est la séparation cryogénique de l'air. Dans ce processus, l'air est refroidi jusqu'à ce qu'il devienne liquide. Il est ensuite distillé pour séparer l'azote et l'oxygène. Cette méthode atteint une très grande pureté mais nécessite un équipement volumineux et complexe. Les installations cryogéniques sont principalement utilisées pour la production en très grand volume car elles sont coûteuses et énergivores.
Adsorption par variation de pression (PSA)
Les générateurs d'azote sur site utilisent principalement la technologie PSA. Cette technologie fonctionne en piégeant l'oxygène et d'autres gaz sur un adsorbant sous pression tout en laissant l'azote comme produit. L'air comprimé est envoyé dans une cuve remplie de tamis moléculaires de carbone (CMS). Les molécules d'oxygène adhèrent au CMS. Mais les grosses molécules d'azote le traversent sous forme d'azote purifié. En gros, il y a deux tours qui travaillent en parallèle : une tour adsorbe l'oxygène et l'autre se régénère (libère les gaz adsorbés). Les deux tours échangent leurs rôles de temps en temps. Ce processus alternatif assure effectivement un approvisionnement continu en azote gazeux.
Niveaux de pureté de l'azote
Azote de qualité industrielle Les applications industrielles utilisent le plus souvent de l'azote presque pur à 95% à 99,9%. Cet azote de “qualité industrielle” peut contenir des niveaux plus élevés d'oxygène ou d'argon résiduels. Mais cela est acceptable pour de nombreux procédés. Il est utilisé à des fins telles que la mise sous atmosphère inerte, le balayage, l'emballage alimentaire et le traitement des métaux où une pureté extrême n'est pas essentielle. Ainsi, “générateurs d'azote de qualité industrielle”sont plus simples et ont des coûts d'exploitation inférieurs.
Azote de très haute pureté : Certaines applications nécessitent de l'azote extrêmement pur, généralement une pureté de 99,999% ou plus. Cet azote de “très haute pureté” a des niveaux d'impuretés en ppm (parties par million). Et cette pureté est très nécessaire dans la fabrication de semi-conducteurs, l'industrie pharmaceutique, l'aérospatiale et d'autres industries de précision. Pour atteindre cette très haute pureté, il faut essentiellement une séparation plus rigoureuse et des étapes de purification supplémentaires.
Composants du système
- Compresseur d'airTout d'abord, vous devez disposer d'un compresseur d'air dédié qui fournit l'air comprimé à haute pression nécessaire à la génération d'azote. Ainsi, les compresseurs d'air utilisés à cette fin sont principalement des compresseurs sans huile ou équipés de filtres. De plus, votre compresseur doit fournir un débit suffisant à la pression requise (généralement autour de 4-13 bars) pour répondre aux besoins du générateur.
- Séchoir à airLa deuxième chose concerne les sécheurs d'air. Avant que l'air n'entre dans les tours PSA, il passe par un sécheur d'air. Ce sécheur élimine l'humidité de l'air comprimé. En gros, un sécheur à déshydratant ou un sécheur frigorifique est installé après le compresseur et avant le générateur pour atteindre un point de rosée bas.
- Lits de tamis moléculaire :Le cœur de l'unité est un lit de tamis moléculaire. Il se compose de deux ou plusieurs récipients adsorbeurs remplis de tamis moléculaire carboné (CMS). Ces lits effectuent la séparation proprement dite. Chaque récipient est garni d'un CMS qui adsorbe spécifiquement l'oxygène (ainsi parfois que le dioxyde de carbone).
Lorsque l'air comprimé pénètre dans un lit, les molécules d'oxygène sont piégées par le CMS et l'azote le traverse. Cela laisse un gaz de sortie composé d'azote de haute pureté. Après un certain temps, ce lit saturé est mis hors ligne et dépressurisé, mais l'autre lit prend le relais. Ce principe de lit double permet à un lit d'adsorber et à l'autre de se régénérer pour un fonctionnement continu.
- Vannes de commande et tuyauterie :Un réseau de soupapes et de tuyauterie dirige le flux d'air dans le système. Ces soupapes commutent l'air d'alimentation entre les deux tours d'adsorption. De plus, elles contrôlent le timing de la pressurisation et de la mise à l'air libre.
De plus, la tuyauterie relie le compresseur, le sécheur d'air, les réservoirs et la sortie d'azote. Ainsi, une conception de tuyauterie appropriée garantit un air d'admission propre et une sortie d'azote stable.
Les lignes d'échappement sont également acheminées pour évacuer en toute sécurité l'oxygène expulsé et les autres impuretés dans l'atmosphère.
Principes de fonctionnement
Mise sous pression et dépressurisation :
Le système fonctionne en alternant chaque adsorbeur entre des phases de haute pression et de basse pression. En phase d'adsorption, un réservoir est pressurisé avec de l'air sec. En phase de régénération, l'autre réservoir est dépressurisé pour purger les gaz adsorbés.
Tandis qu'une colonne capte l'oxygène sous haute pression, l'autre est dépressurisée pour libérer son oxygène collecté. Ensuite, elles échangent leurs rôles. Ce “swing” de pression permet une production continue d'azote.
Cycles d'Adsorption et de Désorption :
Pendant la phase d'adsorption, l'air comprimé entre dans un réservoir d'adsorbeur. Ensuite, les molécules d'oxygène se lient (s'adsorbent) au tamis de carbone et l'azote passe comme produit. Cette phase d'adsorption se poursuit jusqu'à ce que le CMS dans ce réservoir soit saturé d'oxygène.
Maintenant, le système isole ce récipient et ouvre son échappement pour abaisser la pression. La chute de pression provoque la désorption : l'oxygène (et l'humidité) se détachent du tamis et sont expulsés. Cela restaure la capacité de l'adsorbant. En changeant ces cycles d'adsorption/désorption entre les deux récipients, le générateur maintient un débit d'azote constant.
Procédure d'élimination de l'oxygène :
Le tamis moléculaire carboné est essentiel à l'élimination de l'oxygène. Le CMS possède des pores minuscules qui adsorbent sélectivement les molécules plus petites comme l'oxygène et la vapeur d'eau, tandis que les molécules d'azote plus grosses passent. En pratique, lorsque l'air entre dans le récipient, l'oxygène “adhère” à la surface du tamis. Pendant la régénération, l'oxygène libéré est expulsé par un petit courant d'azote ou simplement par évacuation. L'oxygène expulsé est envoyé hors du système en tant que gaz résiduel. Sur de nombreux cycles, cette adsorption sélective élimine la majorité de l'oxygène de l'air, de sorte que le gaz restant est principalement de l'azote.
Installation et configuration
Préparation du site :
La première chose est la préparation du site. Car une installation correcte commence par cela. Assurez-vous également que la fondation est stable et de niveau pour supporter l'équipement et réduire les vibrations. De plus, le site sélectionné doit être bien ventilé pour dissiper la chaleur et les gaz purgés.
Connexions électriques et utilitaires :
Le générateur doit être raccordé aux systèmes de l'installation. Cela comprend le câblage du panneau électrique avec une mise à la terre et une protection de circuit appropriées. Si l'unité possède un compresseur intégré, il aura ses propres exigences d'alimentation ; sinon, raccordez la sortie du compresseur d'air de l'atelier à l'entrée du générateur.
Installez également la tuyauterie pour la sortie d'azote vers le point d'utilisation et pour la ligne d'évacuation. Selon les guides d'installation, toutes les conduites d'admission d'air, de sortie d'azote et de ventilation doivent être correctement dimensionnées et solidement ajustées.
Considérations de sécurité :
La sécurité est très importante avec les groupes électrogènes à gaz. La pièce doit être bien ventilée afin que le nitrogène (un gaz inerte) qui pourrait s'échapper ne s'accumule pas et ne déplace l'oxygène.
Installez l'appareil de manière à ce que les lignes d'échappement et de ventilation se déchargent à l'extérieur ou dans une zone sécurisée.
En outre, des soupapes de décharge doivent être montées sur les récipients pour éviter les surpressions et celles-ci, ainsi que d'autres dispositifs de sécurité, doivent être testées régulièrement.
Les opérateurs doivent être formés à la manipulation en toute sécurité. Par exemple : comme l'azote pur est inodore. Ainsi, les installations comprennent la plupart du temps des alarmes de surveillance de l'oxygène dans les espaces clos.
En suivant les meilleures pratiques, le générateur d'azote peut être utilisé sans risque pour le personnel ou l'équipement.
FAQ
Quelle est la durée de vie d'un générateur d'azote ?
La plupart des unités de génération d'azote bien entretenues ont une durée de vie de 15 à 30 ans. Les pièces maîtresses comme les compresseurs ou les lits de tamis moléculaire nécessitent une maintenance ou un remplacement périodique. Avec un service et un entretien appropriés, certains systèmes peuvent fonctionner plus de 30 ans.
Les générateurs d'azote sont-ils chers ?
Leurs prix varient considérablement en fonction de leur type et de leur taille. Les petites unités à membrane peuvent commencer autour de $1 000 ; les systèmes PSA de laboratoire ou de haute pureté commencent la plupart du temps à plusieurs milliers.
Quels sont les problèmes courants avec les générateurs d'azote ?
Les générateurs d'azote peuvent rencontrer des problèmes tels qu'une faible pureté, des chutes de pression, des fuites d'air, des préfiltres encrassés ou des défaillances de vannes.
Quelle est l'efficacité des générateurs d'azote ?
L'efficacité dépend de la technologie, de la conception, du cycle de service et des besoins en pureté. Le PSA donne de meilleurs rapports air/azote pour une pureté élevée. Les systèmes à membrane consomment moins d'énergie pour des puretés plus faibles.
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