Principe de génération d'azote PSA
Les tamis moléculaires en carbone sont capables d'adsorber simultanément l'oxygène et l'azote de l'air ; de plus, leur capacité d'adsorption augmente à mesure que la pression augmente. Cependant, à une pression donnée, il n’y a pas de différence significative entre les capacités d’adsorption à l’équilibre de l’oxygène et de l’azote. Par conséquent, il est difficile de réaliser une séparation efficace de l’oxygène et de l’azote basée uniquement sur les variations de pression. Cependant, en prenant en compte la cinétique d'adsorption-en particulier, le taux d'adsorption-, les caractéristiques d'adsorption de l'oxygène et de l'azote peuvent être efficacement différenciées. Les molécules d'oxygène ont un diamètre plus petit que les molécules d'azote ; par conséquent, leur vitesse de diffusion est plusieurs centaines de fois plus rapide que celle de l’azote. En conséquence, les tamis moléculaires en carbone adsorbent l’oxygène très rapidement, atteignant plus de 90 % de leur capacité d’adsorption en une minute environ. À la même époque, l’absorption par adsorption de l’azote n’est que d’environ 5 %. Par conséquent, la substance adsorbée pendant ce bref intervalle est principalement constituée d'oxygène, tandis que le gaz restant-la partie non adsorbée-est principalement constitué d'azote. Ainsi, en limitant la durée d'adsorption à moins d'une minute, une séparation préliminaire de l'oxygène et de l'azote peut être réalisée. Essentiellement, les processus d'adsorption et de désorption sont régis par des différences de pression - l'adsorption se produit lorsque la pression augmente et la désorption se produit lorsque la pression diminue. La différenciation réelle entre l'oxygène et l'azote repose cependant sur la disparité de leurs taux d'adsorption et est obtenue en contrôlant précisément la durée d'adsorption ; en gardant cette durée très brève, l'oxygène est entièrement adsorbé, tandis que le processus d'adsorption est arrêté avant que l'azote n'ait eu suffisamment de temps pour être adsorbé.
Principe de séparation cryogénique de l'air pour la génération d'azote
Les systèmes de génération d'azote cryogénique sont capables de produire non seulement de l'azote gazeux mais également de l'azote liquide, satisfaisant ainsi aux exigences de processus qui nécessitent spécifiquement de l'azote liquide. De plus, l’azote liquide produit peut être stocké dans des réservoirs de stockage dédiés. En cas de demande intermittente d'azote ou lors d'un entretien mineur de l'unité de séparation d'air, l'azote liquide stocké dans ces réservoirs peut être dirigé vers un vaporisateur, chauffé, puis introduit dans le pipeline d'azote du produit pour répondre aux besoins en azote de l'installation de traitement en aval. Le cycle opérationnel d'une usine de production d'azote cryogénique (défini comme l'intervalle entre deux cycles de réchauffement majeurs) s'étend généralement sur plus d'un an ; par conséquent, il est généralement jugé inutile de prévoir une unité de secours dédiée aux systèmes cryogéniques. En revanche, les systèmes d'adsorption modulée en pression (PSA) sont capables de produire uniquement de l'azote gazeux et ne disposent pas de telles capacités de secours ; par conséquent, une seule unité PSA ne peut pas garantir un fonctionnement continu à long terme-sans interruption.
Principe de séparation de l'air par membrane pour la génération d'azote
Après avoir été comprimé et filtré, l’air entre dans une unité de séparation à membrane polymère. Étant donné que divers gaz possèdent des solubilités et des coefficients de diffusion différents dans le matériau de la membrane, ils présentent des taux de perméation relatifs différents lorsqu'ils traversent la membrane. Sur la base de cette caractéristique, les gaz peuvent être globalement classés en deux groupes : les « gaz rapides » et les « gaz lents ». Lorsqu'un mélange gazeux est soumis à une différence de pression à travers une membrane, les gaz avec des taux de perméation relativement rapides-tels que l'eau, l'hydrogène, l'hélium, le sulfure d'hydrogène et le dioxyde de carbone-traversent la membrane et s'enrichissent du côté du perméat. À l'inverse, les gaz avec des taux de perméation relativement plus lents-tels que le méthane, l'azote, le monoxyde de carbone et l'argon-sont retenus et enrichis du côté rétentat de la membrane, réalisant ainsi la séparation du mélange gazeux.