Adsorption sélective du tamis moléculaire de carbone combinée à un fonctionnement par modulation de pression
Le principe fondamental du générateur d’azote repose sur les différences d’adsorption entre l’oxygène et l’azote sur le tamis moléculaire de carbone. La mise sous pression permet l’adsorption sélective, tandis que la dépressurisation libère les composants adsorbés et restaure la capacité d’adsorption.

Adsorption différentielle

• La structure microporeuse du tamis moléculaire de carbone présente une affinité d’adsorption nettement plus élevée pour l’oxygène que pour l’azote. En raison de l’effet cinétique, les molécules d’oxygène diffusent dans les micropores du tamis à une vitesse environ trois à cinq fois plus rapide que les molécules d’azote. Sous pression élevée, la capacité d’adsorption augmente encore, améliorant l’efficacité de séparation.

Cycle d’adsorption modulée en pression (PSA)

• Pendant la phase de pressurisation, le tamis moléculaire de carbone adsorbe préférentiellement l’oxygène, le dioxyde de carbone et l’humidité, permettant à l’azote de s’enrichir dans la phase gazeuse.
• Pendant la dépressurisation, les impuretés précédemment adsorbées sont libérées, rétablissant la performance d’adsorption.

Le fonctionnement alterné de deux tours d’adsorption assure une production continue d’azote sans interruption.

Processus en cinq étapes transformant l’air ambiant en azote haute pureté

Prétraitement de l’air d’alimentation pour assurer l’efficacité de l’adsorption

• En utilisant l’air ambiant comme matière première, l’air passe d’abord par un système de filtration multi-étages (comprenant filtres primaire, fin et à charbon actif) afin d’éliminer les impuretés telles que :
  poussières (≥0,1 μm)
  brouillard d’huile (≤0,1 mg/m³)
  humidité (point de rosée ≤-40 °C)
• L’air purifié entre ensuite dans un compresseur d’air sans huile et est comprimé à 0,6-0,8 MPa, fournissant la pression requise pour l’adsorption.
• L’air comprimé passe ensuite par des sécheurs frigorifiques et des sécheurs par adsorption afin de réduire davantage le point de rosée, généralement jusqu’à ≤-40 °C, avec des configurations optionnelles atteignant -70 °C, évitant ainsi les dommages causés par l’humidité au tamis moléculaire.

Séparation de l’azote et de l’oxygène dans des tours d’adsorption alternées
L’air comprimé purifié entre dans deux tours d’adsorption contrôlées par une séquence de commutation de vannes basée sur PLC. Des cycles continus d’adsorption et de régénération maintiennent une production d’azote stable.

• Pendant l’adsorption, l’air comprimé entre dans la Tour d’adsorption A à 0,6-0,8 MPa. Le tamis moléculaire de carbone adsorbe rapidement l’oxygène, le dioxyde de carbone et l’humidité, tandis que l’azote sort par le sommet de la tour sous forme de gaz produit avec une pureté de 95 %-99,9 % pour les configurations standard.
• Simultanément, la Tour d’adsorption B subit une dépressurisation à pression atmosphérique. Les impuretés adsorbées sont libérées depuis la base de la tour, restaurant la capacité d’adsorption. Certaines configurations introduisent une petite portion d’azote produit pour la régénération par purge, améliorant l’efficacité de désorption.
• La commutation des tours se produit toutes les 30 à 120 secondes sous contrôle PLC, garantissant une alimentation continue en azote sans interruption.

Purification optionnelle de l’azote pour répondre aux exigences d’ultra-haute pureté

Pour les applications nécessitant une pureté d’azote de 99,5 %-99,9995 %, des étapes supplémentaires de purification sont intégrées.

• Purification à base d’hydrogène: En utilisant la réaction 2O₂ + 2H₂ → 2H₂O, l’oxygène résiduel réagit pour former de l’eau sous l’action d’un catalyseur (catalyseur au nickel). L’humidité générée est éliminée par des unités de séchage, produisant un azote avec une pureté ≥99,999 %, adapté à des débits jusqu’à 500 Nm³/h.
• Purification à base de carbone: En utilisant la réaction O₂ + C → CO₂ (ou CO), la purification au carbone élimine l’oxygène résiduel par réaction avec des adsorbants à base de carbone, suivie de l’élimination du dioxyde de carbone. La pureté de l’azote peut atteindre 99,999 % sans introduction d’hydrogène, ce qui convient aux applications sensibles à l’hydrogène, notamment la fabrication électronique.

Régulation de pression et stockage pour assurer une production stable d’azote

• L’azote produit entre dans un réservoir tampon, où la pression est stabilisée entre 0,1 et 0,65 MPa grâce à des vannes de régulation, empêchant les fluctuations de pression d’affecter les applications en aval telles que la découpe laser et l’emballage alimentaire.
• Certaines configurations intègrent des réservoirs de stockage d’azote, permettant de stocker l’azote pendant les périodes de faible demande et de le libérer pendant les périodes de forte consommation, soutenant ainsi les besoins intermittents en azote dans les procédés chimiques et applications similaires.

Distribution et surveillance de l’azote avec contrôle en temps réel de la pureté

• L’azote stabilisé est acheminé vers les terminaux via des pipelines, notamment vers :
  postes de soudage
  machines d’emballage
  unités GC/LC
• Des instruments de surveillance en ligne comprenant analyseurs d’oxygène, capteurs de point de rosée et débitmètres affichent en temps réel la pureté de l’azote (95 %-99,9995 %), le débit et la pression.Des alarmes sonores et visuelles s’activent lorsque la pureté s’écarte des limites définies.