Comment fonctionne un générateur d'azote ? Un guide complet

Qu'est-ce qu'un générateur d'azote ? Une vue d'ensemble

Dans les processus industriels, l'azote est un gaz inerte utile qui est utilisé dans de nombreuses applications, notamment la conservation des aliments, la sécurité dans les usines chimiques, etc. Dans le passé, l'azote était acquis en le commandant dans des réservoirs ou des cylindres cryogéniques qui étaient expédiés pour effectuer le gros du travail. Cependant, le générateur d'azote a changé la façon dont les entreprises modernes obtiennent cet élément clé.

Comme nous le savons, l'air atmosphérique est composé d'environ 78% de molécules d'azote, 21% de molécules d'oxygène et d'autres gaz tels que le dioxyde de carbone. L'azote est séparé de l'air ambiant par le générateur d'azote, qui remplace les méthodes d'approvisionnement traditionnelles et qui est plus continu, moins coûteux et plus fiable. Cette unité est conçue pour répondre à des exigences spécifiques en matière de débit et de pureté, jouant ainsi le rôle d'une unité de production dédiée. Cette disponibilité à la demande réduit les problèmes logistiques et les problèmes de chaîne d'approvisionnement qui peuvent survenir, ce qui permet aux entreprises de gérer leur approvisionnement en azote.

Types de générateurs d'azote

Ces générateurs atteignent le même résultat final - un approvisionnement ininterrompu en azote - mais ils utilisent des méthodes différentes, chacune ayant ses propres avantages et utilisations appropriées. Les deux types dominants qui constituent le gros de l'industrie sont les suivants :

Générateur d'azote à membrane

Un générateur d'azote à membrane utilise une membrane d'azote pour extraire l'azote d'autres éléments présents dans l'air comprimé. Cette technologie utilise un principe de fonctionnement appelé perméabilité sélective qui fonctionne sur la base de la séparation des plus grosses molécules des plus petites. Les molécules d'oxygène et les vapeurs d'eau peuvent traverser les membranes, tandis que les molécules d'azote sont retenues en raison de leur taille plus importante. Cette méthode de séparation produit des flux gazeux enrichis en azote de 95% à 99% qui contiennent des impuretés négligeables.

Les générateurs d'azote à membrane sont avantageux en raison de leur commodité et de leur simplicité d'utilisation. Ces générateurs ont moins de composants mobiles, ce qui les rend plus résistants aux vibrations, à la corrosion et à l'usure. Ces générateurs sont également idéaux pour les systèmes d'extinction automatique d'incendie, certaines applications industrielles et même certains domaines de l'industrie pharmaceutique qui nécessitent une pureté modérée de l'azote.

L'efficacité d'un système de production d'azote par membrane dépend de la qualité du flux d'air comprimé, de la taille des pores et du débit. Cette méthode ne fait appel à aucun processus complexe de séparation de l'oxygène par adsorption, c'est pourquoi elle peut être utilisée dans des applications qui nécessitent une alimentation ininterrompue en azote sans nécessiter une maintenance importante.

Adsorption par variation de pression (PSA)

Un générateur de gaz utilisant un système d'adsorption modulée en pression (AMP) est un générateur d'azote nouveau et sophistiqué qui offre une plus grande précision que les générateurs d'azote de conception antérieure. À la base, le système PSA utilise un tamis moléculaire pour filtrer l'azote des autres gaz, principalement l'oxygène, dans l'air comprimé. Ce processus implique l'utilisation de cycles de pression pour capturer l'oxygène et laisser passer l'azote.

Le procédé PSA est un procédé cyclique qui utilise généralement deux cuves d'adsorption remplies de tamis moléculaire. Dans la première cuve, l'air comprimé passe à haute pression, où le tamis moléculaire adsorbe l'oxygène, la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone, et l'azote d'une pureté égale ou supérieure à 99,91 TTP3T est recueilli. Lorsque le tamis moléculaire de la première cuve est plein, le système passe à la deuxième cuve qui contient du tamis moléculaire frais qui a été régénéré. En même temps, la première cuve se dépressurise, les gaz piégés sont libérés et le tamis moléculaire est prêt pour le cycle suivant. En passant continuellement d'une cuve à l'autre, l'azote est délivré sans aucune pause.

Les générateurs d'azote PSA sont particulièrement adaptés aux applications nécessitant une grande pureté de l'azote, par exemple la chromatographie en phase gazeuse, les produits pharmaceutiques et la protection contre les incendies. Bien que le coût des systèmes PSA soit légèrement plus élevé que celui des systèmes à membrane, le premier est préféré pour sa capacité à produire de l'azote d'une très grande pureté, supérieure à 99,999% (généralement comprise entre 99,5% et 99,999%).

Le dernier degré de pureté de l'azote produit par le système PSA dépend de la qualité et du type de tamis moléculaire utilisé. Jalon est un fabricant professionnel de adsorbants à tamis moléculaire avec plus de 20 ans d'expérience et une attention particulière à la qualité. Avec 112 brevets, Jalon se spécialise dans la recherche et la production de tamis moléculaires avancés qui offrent une grande résistance à la compression, une densité apparente élevée et des performances d'adsorption exceptionnelles. Cela garantit que nos tamis moléculaires fournissent un approvisionnement constant et fiable en azote pour diverses applications.

Principaux éléments d'un générateur d'azote

Comment fonctionne un générateur d'azote ? Processus étape par étape

Bien que les procédures puissent différer légèrement selon le type de générateur d'azote (à membrane ou PSA), le processus est le même : prendre l'air de l'environnement et en séparer l'azote pour fournir l'azote avec la pureté et le débit souhaités pour diverses industries. Voyons maintenant ce qui suit, étape par étape :

Étape 1 : Compression de l'air

Le processus commence par un compresseur d'air qui aspire l'air de l'environnement et le comprime à une certaine pression. La pression nécessaire dépend du type de générateur et du niveau de pureté requis, et se situe généralement entre 5 et 10 bars pour la plupart des systèmes PSA. En revanche, les systèmes à membrane fonctionnent à des pressions relativement faibles, normalement comprises entre 4 et 7 bars.

Étape 2 : Prétraitement de l'air

L'air à séparer est d'abord prétraité afin d'éliminer toute matière indésirable susceptible d'être présente. Cela implique de filtrer l'air pour éliminer la poussière, les particules et l'huile, puis d'utiliser un sécheur d'air pour éliminer l'humidité. De tous les facteurs qui affectent les performances de la séparation par PSA et par membrane, l'humidité est un problème clé et l'un des plus difficiles à gérer.

Étape 3 : Processus de séparation des gaz

Dans un générateur d'azote à membrane, l'air comprimé passe par des systèmes à membrane où les molécules d'oxygène, la vapeur d'eau et les autres impuretés sont séparées de l'azote.

Dans un générateur d'azote PSA, le processus d'adsorption de l'oxygène a lieu lorsque l'oxygène est sélectivement adsorbé par le tamis moléculaire tandis que les molécules d'azote le traversent.

Étape 4 : Stockage de l'azote (facultatif)

Dans les cas où l'azote est nécessaire en continu, l'azote généré est stocké dans des réservoirs. Ce stockage permet de maintenir un débit régulier même en cas d'augmentation temporaire du débit.

Étape 5 : Post-traitement à l'azote (facultatif)

Dans certains cas, l'azote peut être soumis à un traitement final, qui peut impliquer une purification supplémentaire pour éliminer toute impureté résiduelle afin d'atteindre un certain niveau de pureté pour des applications spécifiques.

Avantages de l'utilisation d'un générateur d'azote par rapport aux méthodes d'approvisionnement traditionnelles

L'utilisation d'un générateur d'azote sur site présente de nombreux avantages par rapport à d'autres méthodes d'approvisionnement en azote telles que les cylindres ou les livraisons d'azote liquide. Les avantages les plus importants peuvent être attribués à la réduction des coûts, à l'augmentation de la fiabilité et à l'amélioration de la sécurité.

Économies de coûts et efficacité

Le principal avantage que l'on peut tirer de l'utilisation d'un générateur d'azote est que son fonctionnement est relativement moins coûteux. Contrairement aux bouteilles d'azote, dont l'entretien est coûteux en raison des frais de livraison, de la location des bouteilles et d'autres coûts administratifs, un générateur d'azote fournit de l'azote au fur et à mesure des besoins. Ces coûts récurrents sont ainsi supprimés, ce qui se traduit à long terme par des économies. Pour les industries qui utilisent l'azote en grandes quantités, le coût d'acquisition d'un générateur sera récupéré à long terme, car il est moins cher que de devoir commander de l'azote en vrac ou de louer des bouteilles.

Fiabilité et commodité

Un générateur d'azote sur site garantit un approvisionnement constant et stable en azote, sans avoir à dépendre de tiers. Les entreprises n'ont pas à se soucier du stock de bouteilles, de la livraison ou du manque d'azote à un moment ou à un autre du processus. Cela signifie qu'il y a un approvisionnement constant en azote à chaque fois qu'il est nécessaire, ce qui permet aux opérations de se dérouler en douceur et de manière efficace.

Sécurité et simplicité opérationnelle

Les bouteilles d'azote présentent certains risques tels que les fuites d'azote, les risques liés à la pression et un stockage et une ventilation appropriés. Ces risques sont toutefois éliminés par l'utilisation d'un générateur d'azote, puisque l'azote est généré dans l'installation et qu'il n'est donc pas nécessaire de manipuler des bouteilles à haute pression. Il en résulte une réduction du nombre d'accidents susceptibles de se produire au cours du transport et de la manipulation des bouteilles.

Contrôle de la pureté

Les générateurs d'azote permettent à l'utilisateur de produire de l'azote au niveau de pureté requis pour l'application. Contrairement à d'autres méthodes qui peuvent offrir moins de contrôle, la production sur site garantit que l'azote est de la bonne pureté pour améliorer les performances et la qualité.

Avantages pour l'environnement

La production d'azote sur site présente également un certain nombre d'avantages environnementaux. En effet, les entreprises n'ont pas besoin de transporter des bouteilles d'azote ou de l'azote liquide, ce qui contribue à réduire l'empreinte carbone. En outre, la production sur site entraîne moins de gaspillage d'azote, en particulier par rapport à l'azote liquide, dont on sait qu'il subit des pertes par évaporation au cours de son stockage et de son utilisation.

Ces avantages en termes de coût, de fiabilité, de sécurité et d'environnement font que les générateurs d'azote conviennent aux industries qui ont besoin d'un approvisionnement en azote constant et de haute qualité.

Applications courantes des générateurs d'azote dans diverses industries

Les générateurs d'azote sont devenus indispensables dans divers domaines en raison de la commodité d'un approvisionnement constant en azote de grande pureté. Voici quelques-unes des utilisations des générateurs d'azote :

Industrie pharmaceutique

L'azote gazeux est utilisé dans l'industrie pharmaceutique de diverses manières, notamment pour l'emballage et le stockage des médicaments, ainsi qu'en laboratoire. L'azote de haute pureté permet d'éviter l'oxydation du produit, la teneur en humidité et la croissance microbienne, améliorant ainsi la stabilité et la sécurité du produit.

Industrie de la protection contre l'incendie

Dans l'industrie de la protection contre les incendies, l'azote gazeux est utilisé pour réduire les effets de la corrosion dans les systèmes d'arrosage. En effet, lorsque l'air riche en oxygène est remplacé par des molécules d'azote dans les tuyaux d'arrosage, les risques de corrosion sont considérablement réduits, ce qui augmente la durée de vie du système.

Industrie alimentaire et des boissons

Dans l'emballage alimentaire, l'azote gazeux est utilisé pour créer un environnement qui réduit le taux d'oxydation et les activités microbiennes, augmentant ainsi la durée de conservation des aliments. Des bouteilles d'azote étaient utilisées dans le passé, mais les systèmes actuels de générateurs d'azote à membrane sont moins chers et fournissent de l'azote en flux continu pour les lignes d'emballage.

Électronique et fabrication

Parmi les industries qui utilisent l'azote, on peut citer la fabrication électronique, la découpe au laser et la chromatographie en phase gazeuse, où l'azote est utilisé pour minimiser la contamination et l'oxydation. Un système de générateur d'azote fournit une température constante d'azote et le débit d'azote est également contrôlé, ce qui améliore le processus de production.

Industrie du pétrole et du gaz

Les générateurs d'azote PSA sont utilisés dans l'industrie pétrolière et gazière pour s'assurer que les réservoirs de stockage et les pipelines sont remplis d'un gaz inerte. En effet, lorsque l'oxygène est remplacé par de l'azote pur, les risques de combustion et d'oxydation sont fortement réduits.

Choisir le bon générateur pour vos besoins

Le choix du bon générateur d'azote est crucial pour le bon fonctionnement, la rentabilité et la production d'azote nécessaire au processus. Vous trouverez ci-dessous un guide qui peut être suivi afin de faciliter la sélection :

Comprendre les options technologiques

Tout d'abord, il est nécessaire de faire la distinction entre deux types principaux de génération d'azote : les générateurs PSA et les générateurs à membrane. Les générateurs PSA sont particulièrement adaptés à la production d'azote de haute pureté (supérieure à 99,9%) en utilisant un tamis moléculaire pour la séparation. Ils conviennent le mieux lorsqu'il est nécessaire de maintenir une pureté élevée du fluide traité, mais ils consomment plus d'énergie en raison de la nécessité de les régénérer périodiquement. Les systèmes à membrane sont plus efficaces sur le plan énergétique et moins complexes. Ils conviennent donc aux applications qui ne nécessitent pas une grande pureté (jusqu'à 99,51 TTP3T).

Connaître les exigences de pureté

Deuxièmement, il faut identifier le niveau de pureté requis. Dans des industries telles que l'industrie pharmaceutique ou celle des semi-conducteurs, des niveaux de pureté supérieurs à 99,9% sont souvent requis et c'est là que les générateurs d'azote PSA s'avèrent utiles. D'autre part, des applications telles que l'emballage alimentaire peuvent ne nécessiter que de l'azote d'une pureté allant jusqu'à 99,5%, ce qui convient parfaitement aux générateurs d'azote à membrane.

Calculez le débit dont vous avez besoin

Deuxièmement, évaluez votre utilisation d'azote en termes de débit, qui est normalement exprimé en litres par minute (LPM) ou en mètres cubes par heure (Nm³/h). Vos besoins actuels et futurs doivent également être pris en considération. Les systèmes PSA sont idéaux pour les applications qui nécessitent une grande pureté du gaz et des débits élevés, tandis que les systèmes à membrane sont parfaits pour les débits faibles et stables.

Tenir compte de l'installation et du fonctionnement Environnement

Les générateurs à membrane sont de taille compacte et occupent donc moins d'espace que les systèmes PSA qui nécessitent de l'espace pour les cuves d'adsorption. Il convient également de vérifier la qualité de l'air comprimé utilisé dans votre établissement et la température de l'environnement, car ils ont une incidence sur le système.

Efficacité énergétique et croissance future

L'énergie est également un facteur de coût important, c'est pourquoi il convient de rechercher des modèles plus économes en énergie. Les systèmes PSA consomment généralement plus d'énergie en raison du processus de régénération, tandis que les systèmes à membrane sont des processus continus qui nécessitent moins d'énergie. Il est également conseillé de choisir un générateur dont la capacité est suffisante pour permettre une croissance future ou d'opter pour un système modulaire.

Coût total de possession

Outre le coût initial, pensez aux coûts d'utilisation du produit en termes de consommation d'énergie, d'entretien et de remplacement des pièces telles que les filtres. Choisissez des fabricants qui ont la réputation de fournir des équipements de qualité et un bon service après-vente.

Ainsi, en tenant compte de ces facteurs, vous pouvez sélectionner le générateur d'azote qui répondra aux exigences de votre exploitation en termes de performance et de coût.

Maintenance pour une performance optimale des générateurs d'azote

L'entretien est essentiel pour que votre générateur d'azote reste fiable, efficace et durable. L'entretien réduit les risques de devoir dépenser beaucoup d'argent en réparations, évite les interruptions d'activité et garantit une production régulière d'azote pour des applications importantes.

Régulière Filtre Remplacement

Les filtres sont très importants pour la protection de votre générateur d'azote. Ils éliminent la vapeur d'eau, la poussière et l'huile de l'air comprimé, ce qui permet de fournir de l'azote de grande pureté. Ces filtres se bouchent avec le temps, ce qui peut entraîner une réduction de l'efficacité du système et des pièces internes. Il est recommandé de changer les pré-filtres et les post-filtres aussi souvent que l'indique le fabricant afin de garantir l'efficacité du système et la pureté de l'azote.

Régénération des tamis moléculaires (systèmes PSA)

Dans les générateurs d'azote PSA, des tamis moléculaires sont utilisés pour séparer l'azote de l'oxygène. Ces tamis doivent être régénérés de temps en temps afin de restaurer leur capacité d'adsorption. Si la régénération n'est pas effectuée correctement, la pureté de l'azote risque de tomber en dessous de la valeur recommandée de 99,9%. Il est important de veiller à ce que les cycles de régénération soient effectués correctement afin de maintenir une production constante d'azote.

Contrôle de la pression et du débit

La pression et le débit doivent être maintenus constants afin de garantir que l'azote est produit au bon rythme. Veillez à ce que le compresseur d'air, les systèmes PSA et les unités membranaires soient fréquemment étalonnés afin d'éviter les variations de pression susceptibles d'entraver la séparation des gaz. Le fait de maintenir le système dans ces limites réduit le risque de défaillance et garantit que l'azote est de bonne qualité.

Lutte contre les fuites et les vibrations

De petites fuites ou des vibrations excessives peuvent causer un énorme problème au générateur, car il consommera plus d'énergie et produira moins d'azote. Vérifiez tout signe de fuite, en particulier autour des joints, des vannes et des tuyaux, et réparez-les dès que possible. Les vibrations sont préjudiciables au système et à ses composants et leur réduction est donc bénéfique pour la longévité du système.

Maintenir le Compresseur d'air et le séchoir

Le compresseur et le sécheur d'air sont deux éléments importants du processus de production d'azote. Le compresseur doit être entretenu conformément aux recommandations du fabricant, notamment en ce qui concerne la vidange d'huile et le remplacement des filtres. Il faut également vérifier le sécheur d'air, car l'air humide affecte à la fois le système PSA et le système membranaire. Pour les sécheurs de type déshydratant, il faut toujours respecter le calendrier de régénération ou de remplacement recommandé afin d'éviter l'accumulation d'humidité.

Ces pratiques vous aideront à tirer le meilleur parti de votre générateur d'azote en termes de performance, de durabilité et de coût de la fourniture d'azote à vos opérations.

Conclusion

En résumé, les générateurs d'azote sont plus avantageux que les méthodes d'approvisionnement telles que l'azote liquide, notamment en termes de coût, de fiabilité et de sécurité. Il est donc essentiel de comprendre les deux principaux types de générateurs, PSA et à membrane, qui peuvent être choisis en fonction de la pureté de l'azote, du débit et de la consommation d'énergie souhaités par l'entreprise. Un entretien adéquat permet de s'assurer que le système fonctionne de manière optimale, en fournissant de l'azote de grande pureté, tout en réduisant la fréquence des temps d'arrêt et les coûts d'exploitation du système.

Pour ce qui est de l'avenir, l'industrie de la production d'azote devrait connaître de nouveaux développements en termes de technologie et de performance. De nouveaux développements dans les matériaux membranaires et les tamis moléculaires pour les systèmes PSA devraient augmenter la pureté de l'azote et diminuer la consommation d'énergie. En outre, l'automatisation croissante et l'intégration de l'IoT peuvent apporter un contrôle plus précis, une surveillance de l'état et une gestion de l'énergie. Comme les industries se concentrent davantage sur la durabilité, les générateurs d'azote évolueront également d'une manière qui contribuera à réduire l'impact sur l'environnement tout en offrant une source fiable d'azote à la demande.

En d'autres termes, les générateurs d'azote constituent un investissement à long terme qui non seulement facilite le travail, mais contribue également à la réalisation des objectifs en matière d'environnement et de coûts.

FAQS

Q : Le débit et la pureté de l'azote peuvent-ils être ajustés en fonction des besoins ?

A : De nombreux générateurs d'azote permettent aux utilisateurs d'ajuster le débit et la pureté de l'azote pour répondre aux différentes exigences des applications.

Q : Les générateurs d'azote peuvent-ils fonctionner dans des environnements extrêmes ?

A : La plupart des générateurs d'azote peuvent fonctionner dans divers environnements industriels, mais des températures extrêmes, l'humidité ou la contamination peuvent affecter leurs performances. Des conceptions spéciales ou des mesures de protection supplémentaires peuvent être nécessaires dans de telles conditions.

Q : La production d'azote sur site est-elle respectueuse de l'environnement ?

A : Oui, la production sur place réduit les émissions dues au transport, minimise les pertes d'azote et peut être intégrée à des sources d'énergie renouvelables pour une production plus écologique.