Séparation cryogénique de l'air pour la production d'azote
La séparation cryogénique de l’air est une méthode traditionnelle de production d’azote, dont l’histoire s’étend sur plusieurs décennies. Il utilise l’air comme matière première ; après avoir subi une compression et une purification, l'air est liquéfié en air liquide par échange thermique. L'air liquide est principalement un mélange d'oxygène liquide et d'azote liquide. En tirant parti de la différence de leurs points d'ébullition-dans une atmosphère standard, le point d'ébullition de l'oxygène est de -183 degrés tandis que celui de l'azote est de -196 degrés -, les deux composants sont séparés par la rectification de l'air liquide pour produire de l'azote gazeux. Les équipements de séparation cryogénique de l’air sont complexes, occupent une grande surface, entraînent des coûts d’infrastructure élevés et un investissement initial important, ainsi que des coûts d’exploitation élevés. De plus, le cycle de production de gaz est relativement lent (de 12 à 24 heures) et le processus d'installation implique des exigences strictes et un long délai. Lors de l'évaluation globale de facteurs tels que l'équipement, l'installation et l'infrastructure, pour des systèmes d'une capacité inférieure à 3 500 Nm³/h, l'investissement requis pour une unité PSA (Pressure Swing Adsorption) de spécifications équivalentes est généralement inférieur de 20 à 50 % à celui d'une unité de séparation d'air cryogénique. Par conséquent, même si les unités de séparation d'air cryogéniques sont bien adaptées à la production industrielle d'azote à grande échelle, elles s'avèrent économiquement non viables pour les applications à moyenne et petite échelle.
Séparation de l'air par tamis moléculaire pour la production d'azote
Cette méthode utilise l’air comme matière première et des tamis moléculaires en carbone comme adsorbant. En appliquant le principe de l'adsorption modulée en pression (PSA)-qui exploite les propriétés d'adsorption sélective des tamis moléculaires de carbone vers l'oxygène et l'azote pour effectuer leur séparation-de l'azote gazeux est produit. Cette technique est communément appelée génération d’azote PSA. Il s’agit d’une nouvelle technologie de production d’azote qui a connu un développement rapide au cours des années 1970. Par rapport aux méthodes traditionnelles de production d'azote, le PSA offre plusieurs avantages distincts : un flux de processus simplifié, un degré élevé d'automatisation, une production de gaz rapide (généralement en 15 à 30 minutes) et une faible consommation d'énergie. De plus, la pureté du gaz produit peut être ajustée sur une large plage pour répondre aux besoins spécifiques des utilisateurs. L'équipement est facile à utiliser et à entretenir, entraîne des coûts d'exploitation inférieurs et démontre une forte adaptabilité aux conditions variables. Elle est ainsi très compétitive sur le segment des équipements de production d'azote d'une capacité inférieure à 1 000 Nm³/h ; ayant gagné en popularité parmi les consommateurs d'azote à moyenne- et petite-échelles, la génération d'azote PSA est désormais devenue la méthode préférée des utilisateurs de ces secteurs.
Séparation de l'air par membrane pour la production d'azote
Cette méthode utilise l'air comme matière première et, dans des conditions de pression spécifiques, réalise la séparation de l'oxygène et de l'azote en exploitant les différents taux de perméation présentés par ces gaz-qui possèdent des propriétés physiques distinctes-lorsqu'ils traversent une membrane de séparation. Par rapport à d'autres équipements de génération d'azote, il offre plusieurs avantages : une structure plus simple, un encombrement plus compact, l'absence de vannes de commutation, des besoins de maintenance réduits, une production de gaz plus rapide (inférieure ou égale à 3 minutes) et une facilité d'extension de capacité. Il est particulièrement bien-adapté aux utilisateurs d'azote de petite-à-moyenne-utilisateurs nécessitant une pureté d'azote inférieure ou égale à 98 %, offrant un rapport qualité-prix-optimal. Cependant, lorsque les exigences de pureté de l'azote dépassent 98 %, son coût est supérieur de plus de 15 % à celui d'un générateur d'azote PSA de spécifications équivalentes.
