VPSA vs PSA : différentes technologies de séparation des gaz dans la génération d'oxygène

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Autant l'air se produit naturellement autour de nous dans l'atmosphère, autant le processus de séparer les gaz individuels qui sont présents n'est pas si facile si vous parlez de l'air normal. Dans le même temps, ces gaz individuels sont très importants pour un certain nombre d'applications qui affectent notre vie quotidienne. C'est pourquoi technologies de pointe comme VPSA et PSA ont été développés pour aider à extraire des gaz importants comme l'oxygène à partir de composés dans leur forme la plus pure.

Nous allons examiner ce que sont VPSA et PSA, comment chacun d'eux fonctionne, les avantages et les inconvénients de chacun, et les nombreuses applications pour lesquelles ils sont utilisés dans le monde moderne. Si vous avez toujours été curieux de savoir comment ces deux-là fonctionnent, alors vous êtes au bon endroit.

VPSA

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VPSA est un acronyme pour Adsorption modulée en pression sous vide, et c'est une technologie qui est utilisée dans les générateurs de production d'oxygène au niveau industriel. La technologie VPSA utilise une batterie à base de lithium tamis moléculaire et un certain nombre de déshydratants spéciaux pour absorber les impuretés telles que le dioxyde de carbone, l'azote et l'eau qui sont présentes dans tout mélange d'air afin que l'oxygène s'accumule dans ce qui reste. C'est une méthode très efficace pour obtenir de l'oxygène pur, avec des niveaux de pureté atteignant 95 %. C'est le niveau requis pour l'oxygène médical et d'autres applications importantes.

Principe d'opération

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La configuration de base de la production d'oxygène VPSA n'est pas si compliquée. Il est composé de plusieurs structures et équipements qui travaillent côte à côte pour s'assurer que l'oxygène qui est produit à la fin est de la plus haute qualité. Ces différentes structures impliquées dans ce processus sont les suivantes.

Souffleur à turbine

Il y a un souffleur d'air qui est connecté à une pompe à vide qui fournit la configuration avec air brut, l'alimentant à travers tout le système. La pression qui fournit l'air dans le système doit être calibrée pour répondre aux exigences de l'ensemble de la configuration pour que cela réussisse. La fonction principale de la pompe à vide est de s'assurer que l'ensemble du système est analysé, et en même temps, elle maintient l'ensemble dans un état de vide inactif, ce qui crée les bonnes conditions pour que les machines VPSA absorbent d'autres gaz tout en produisant oxygène pur.

Une glacière

Des températures et des pressions élevées sont impliquées dans les processus VPSA. Cela peut avoir un impact sur la qualité du produit final, et il doit y avoir un mécanisme par lequel la température et les pressions sont régulées. Cela se présente sous la forme d'une glacière. Il est à base d'eau et l'air reçu du ventilateur passe à travers le refroidisseur, où la température et la pression sont considérablement réduites pour améliorer l'adsorption des gaz indésirables et d'autres composés.

Système d'adsorption

C'est la partie principale de l'ensemble du système. Il est généralement composé de deux tours et d'un pipeline rempli de vannes suffisamment armées de tamis moléculaires zéolithiques et alumine activée qui agissent comme les principaux adsorbants. Ici, le coup d'envoi est donné avec l'arrivée de l'air comprimé à basse température et à haute pression qui entre dans la première tour. Cet air s'écoule sur les matériaux adsorbants dans le pipeline où la vapeur d'eau, l'azote, le dioxyde de carbone et tout autre matériau sont adsorbés.

Ce qui reste est principalement de l'oxygène, et celui-ci est collecté à travers un lit d'adsorption situé au sommet de la tour d'adsorption et délivré en tant que sortie de gaz. En même temps, pendant que tout cela se passe dans la première tour, il y a la deuxième tour où s'effectue la régénération des tamis moléculaires. Chaque fois que les tamis sont sur le point d'atteindre leur saturation et leur limite d'adsorption, un flux d'air à basse température et haute pression est injecté dans la deuxième tour pour augmenter l'adsorption et produire de l'oxygène.

C'est ainsi que ces deux tours sont capables de produire de l'oxygène pur ; ils se combinent de manière transparente en éliminant les gaz indésirables d'une tour et en collectant de l'oxygène pur et propre dans la suivante.

Réservoir tampon d'oxygène

C'est le réservoir qui sert de stockage pour l'oxygène final qui a été récolté tout au long du processus. Il doit être bien sécurisé pour empêcher tout mélange avec l'air ordinaire, qui pourrait y réintroduire de l'azote et du dioxyde de carbone. La taille du réservoir varie en fonction de l'ampleur de l'opération. Ils sont beaucoup plus grands si l'ensemble de la configuration CPSA est beaucoup plus grand et vice versa. 

Système de contrôle

Il s'agit d'un centre de contrôle qui exécute un programme créé spécifiquement pour contrôler chaque aspect de l'ensemble de cette configuration. Il s'agit généralement d'un programme de contrôle de vanne pré-écrit qui est installé dans le contrôleur PLC, et il ajuste principalement la fermeture et l'ouverture de chaque vanne pneumatique dans l'ensemble du pipeline. Ceci est nécessaire pour que l'adsorption ainsi que la régénération des tamis se déroulent efficacement sans aucune interruption. Cela ne serait pas possible si le système était manuel, car cela augmente les risques d'erreurs humaines, ce qui pourrait avoir un impact sur les temps de production et augmenter les risques de contamination.

Avantages de VPSA

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Il existe de nombreux avantages associés à l'utilisation de VPSA par rapport à tout autre processus ou technologie. Ces avantages font partie des raisons pour lesquelles VPSA est fortement préféré par de nombreux fabricants qui traitent avec purification de l'air. Les avantages les plus notables de l'utilisation de ce système sont les suivants.

• Il utilise un ventilateur sans huile, ce qui réduit les risques de transfert d'huile, un défaut très courant et gênant qui affecte les ventilateurs lubrifiés à l'huile, qui finissent par contaminer l'oxygène en cours de traitement.
• Il utilise des pressions plus basses, ce qui minimise considérablement le potentiel de rétention d'eau et de condensation. Cela garantit qu'il y a très peu d'humidité dans le produit à purifier.
• Il y a moins d'utilisation de vannes et de collecteurs, ce qui rend le transfert de gaz et de liquides d'un réservoir à l'autre beaucoup plus rapide, économisant à la fois du temps et de l'énergie, ce que la plupart des autres options ne peuvent pas offrir.
• Le système n'est pas aussi vulnérable à l'humidité que les autres systèmes. Cela en fait une option idéale si vous cherchez à traiter la plus haute pureté de tout gaz ou liquide avec lequel vous pourriez avoir affaire.
• Il produit l'une des formes les plus pures d'oxygène sans en gaspiller beaucoup. La tamis moléculaires activés utilisés dans les systèmes VPSA sont très efficaces, et le fait que le système s'occupe également de leur régénération une fois qu'ils ont atteint leurs limites de saturation garantit que le nettoyage de l'air se poursuit sans aucune interruption.
• La faible pression de fonctionnement aide également à minimiser la poussière du tamis. C'est une situation où le tamis se débarrasse de l'azote de l'air. Cette basse pression réduit considérablement les coûts d'exploitation, et c'est quelque chose dont toute personne qui s'occupe d'opérations à grande échelle en bénéficiera grandement.
• Les systèmes VPSA durent beaucoup plus longtemps en raison des faibles coûts énergétiques et d'une combinaison d'un certain nombre de pièces qui fonctionnent efficacement les unes avec les autres. Cela réduit la pression sur chaque composant, permettant à l'ensemble du système de fonctionner avec flexibilité, augmentant un peu plus leur durée de vie par rapport aux autres systèmes disponibles.
• Les temps de démarrage rapides ne nécessitent que 5 minutes pour que le fabricant obtienne la qualité de pureté d'oxygène souhaitée. Ils peuvent être activés et désactivés en fonction de la demande en oxygène à un moment donné.

Applications des systèmes VPSA

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Être aussi fiable dans la production oxygène de haute qualité et d'autres composants, les systèmes VPSA ont été adoptés par un certain nombre d'industries majeures et sont utilisés dans diverses applications, notamment les suivantes.

• Dans les industries chimiques, pour les réactions d'oxydation et le fonctionnement des incinérateurs qui fonctionnent généralement mieux lorsqu'ils sont alimentés en oxygène pur, qui brûle plus qu'autre chose.
• Dans les industries métallurgiques qui dépendent de températures élevées pour faire fonctionner des fours suffisamment chauds pour faire fondre des métaux qui ont des points de fusion très élevés.
• Pour la délignification et l'oxyblanchiment du papier dans les usines de pâtes et papiers impliquées dans la fabrication de tous les produits en papier utilisés pour fabriquer des livres, entre autres produits.
• Dans les processus de gestion de l'eau et des déchets, il faut éliminer les gaz toxiques comme le sulfure d'hydrogène, qui peuvent être toxiques pour l'environnement s'ils s'accumulent en quantités énormes dans des espaces ouverts.
• Pour alimenter les brûleurs à oxygène et la génération de gaz ozone qui sont utilisés dans divers secteurs de fabrication à travers le monde.
• Dans l'industrie minière pour des processus comme la purification de l'or ou la récupération de l'uranium pour l'enrichissement et d'autres utilisations. 
• Dans les usines de verre et d'acier où l'utilisation de la chaleur est très nécessaire lorsqu'il s'agit de transformer les matières premières en formes malléables faciles à travailler à d'autres étapes de la fabrication.

PSA

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PSA est l'acronyme de Pressure Swing Absorption et c'est un nouveau technologie de génération de gaz qui a été créé pour offrir une alternative au populaire VPSA. Il utilise également des matériaux adsorbants qui agissent comme un tamis pour filtrer les molécules de gaz en fonction de leur taille. 

Le processus utilise l'air naturel comme matière première et s'appuie sur une efficacité et une sélectivité élevées pour adsorber les gaz nécessaires pour les séparer de l'oxygène. Les tamis moléculaires zéolitiques utilisés dans ce procédé ne sont pas si différents de ceux du VPSA. Cependant, dans cette situation, les tamis moléculaires adsorbent les molécules de gaz en fonction de la taille des pores présents. 

Fondamentalement, toutes les molécules suffisamment petites pour passer à travers les pores sont ornées tandis que les plus grosses sont repoussées. Cela signifie que la séparation des gaz est très efficace grâce à ce processus, et c'est l'un des moyens d'obtenir de l'oxygène riche en énergie à la fin.

Tout comme dans VPSA, la capacité d'adsorption des graines atteint sa limite et la régénération est déclenchée pour maintenir le processus jusqu'à ce que la bonne quantité d'oxygène pur soit récoltée. Cela se fait en réduisant les pressions qui à leur tour augmentent le taux d'adsorption d'azote, laissant de l'oxygène pur pour une collecte facile.

Principe d'opération

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Il existe un certain nombre de pièces et de composants utilisés dans le système PSA qui se combinent les uns avec les autres pour garantir que la génération d'oxygène se fait sans qu'aucun accident ou contamination ne se produise à la fin. Voici les principaux éléments qui composent le système PSA.

Un compresseur d'air

C'est ce qui fournit de l'air brut à l'ensemble du système, et la sortie est contrôlée par la quantité d'oxygène nécessaire à traiter. Vous devez sélectionner un compresseur d'air qui a la capacité de gérer l'ensemble du système. Une configuration plus grande nécessite un compresseur d'air plus gros et vice versa. Il doit y avoir un équilibre.

Sécheur à froid

Une fois que le compresseur a pressurisé l'air, il pousse tout cela dans le séchoir à froid, où les températures et les pressions élevées sont régulées à des niveaux gérables. Dans cette chambre, l'air est refroidi, séché et toutes les impuretés qui peuvent actuellement être entièrement éliminées. Tout cela se combine pour abaisser considérablement la température tout en augmentant la pression pour préparer les choses pour la prochaine étape.

Dispositif de dégraissage

Il s'agit d'un appareil qui élimine l'huile et la graisse qui s'accumulent avec le temps autour des composants et de la canalisation. Ce brouillard d'huile s'accumule généralement lorsque les températures descendent à un certain niveau, et il peut être une source de contamination si rien n'est fait à temps. Le brouillard d'huile a également un effet négatif sur les tamis moléculaires de zéolithe car il affecte leur durée de vie, les faisant atteindre leurs limites de saturation beaucoup plus rapidement que la normale.

Système d'adsorption

Cela vient également avec deux tours et un pipeline avec un réseau de vannes qui sont collées avec des adsorbants de tamis de zéolithe. Lorsque l'air comprimé est injecté dans la première tour, il passe sur une couche d'adsorbants où l'azote, l'eau et le dioxyde de carbone sont absorbés, laissant derrière eux de l'oxygène.

Dans la deuxième tour, les tamis moléculaires de zéolithe subissent une régénération constante chaque fois qu'ils atteignent leur limite, et c'est ce qui maintient le processus en continu jusqu'à ce que la quantité d'oxygène souhaitée soit récoltée. Les deux se combinent de manière transparente, tout comme un système VPSA, pour garantir que le niveau de pureté de l'oxygène est aussi élevé que possible.

Un réservoir tampon

Il s'agit d'un réservoir spécialisé utilisé pour collecter l'oxygène généré par l'ensemble du système. Il est également utilisé pour stabiliser les choses car la génération et la séparation des gaz se poursuivent en arrière-plan jusqu'à ce que tout soit fait.

Un système de contrôle

Il s'agit d'un système qui utilise des instructions préprogrammées qui contrôlent le fonctionnement naturel du Absorption d'oscillation de pression système à partir d'un point. La seule chose que l'ingénieur doit faire est d'ajouter le programme et de tout intégrer à l'ensemble du système, et le reste s'occupe de lui-même. C'est un moyen très pratique de s'assurer que l'efficacité est respectée afin d'obtenir la forme d'oxygène la plus pauvre et dépourvue de toute contamination.

Avantages du PSA

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L'utilisation de la technologie PSA pour générer et séparer les gaz présente un certain nombre d'avantages. Être une alternative à VPSA a vu un bon nombre de fabricants et d'entreprises adopter le système par rapport aux autres, et voici quelques-uns des avantages que cela apporte à la table.

• Il y a l'utilisation de l'automatisation, ce qui rend le processus beaucoup plus sûr et plus efficace. Ce ne serait pas l'espace s'il y avait un travail manuel direct impliqué. Lorsque vous considérez les températures et les pressions élevées et le fait que l'oxygène pur est très inflammable, avoir des opérateurs humains remplissant la surface au sol n'est pas une bonne idée.
• Il s'agit d'un processus très fiable qui s'accompagne d'une sécurité renforcée contre les pannes. Cela signifie que la probabilité que les cuisses tournent mal est très minime, et dans le cas où elles se produisent, il est beaucoup plus facile de gérer les retombées.
• Il est facile à démarrer et à arrêter. Cela offre un grand contrôle et une grande précision, permettant de produire les bonnes quantités d'oxygène en cas de besoin. Cela permet d'économiser sur les coûts et réduit les risques de gaspillage de matières premières telles que les tamis moléculaires.
• C'est un système qui peut être utilisé pendant très longtemps, grâce à une durée de vie prolongée. Cela en fait une méthode très rentable à adopter si vous cherchez à mettre en place une opération de séparation et de génération de gaz à grande échelle.
• Les systèmes PSA ont de faibles coûts d'exploitation. Cela est dû au fait que chaque pièce est optimisée pour ses fonctions. Cela réduit les retards, les pertes de temps et le gaspillage de ressources. Tous ces trois se combinent pour faire baisser le coût global de l'opération.
• Il n'y a pas d'exigences particulières en atelier et la configuration du système est assez simple. Il y a toujours de la place pour une expansion plus tard si jamais vous pensez à étendre vos opérations.

Applications des systèmes PSA

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Il existe un certain nombre d'applications pour lesquelles les systèmes PSA sont utilisés dans les industries manufacturières et commerciales. Vous avez probablement utilisé certains produits qui ont été fabriqués à l'aide de procédés PSA. Voici quelques-unes des applications les plus notables en ce moment.

• Soudage métal et gaz : L'oxygène pur est hautement inflammable et brûle à des températures très élevées. C'est le type de chaleur idéal pour le soudage au gaz et au métal. La majeure partie de l'oxygène récolté par le procédé PSA est utilisée pour effectuer des travaux de soudage précis dans la plupart des secteurs industriels lourds comme l'industrie automobile, entre autres.
• Métallurgie: C'est le processus de création de structures utilisant des métaux de toutes sortes et de toutes formes. Pour que le métal soit moulé, il doit être soumis à la chaleur intense qui l'amène à un point de fusion. Cela peut être fait en utilisant de l'électricité, mais cela finit par consommer beaucoup d'énergie, et c'est un coût supplémentaire. Pour contourner cela, de nombreux fabricants qui traitent des métaux utilisent de l'oxygène pur pour brûler les métaux à des températures élevées qui facilitent la tâche.
• Industries pétrochimiques : La plupart des produits chimiques et pétrochimiques dépendent de formes pures d'oxygène pour leurs processus d'oxydation lorsqu'il s'agit de récupérer de l'acide nitrique, de l'oxyde de propylène, de l'oxyde d'éthylène, du chlorure de vinyle, séchage de l'éthanol, et une foule d'autres composés chimiques qui sont largement utilisés dans le monde.
• Aquaculture: Cela est surprenant, mais l'oxygène généré par les systèmes PSA est également utilisé dans la pisciculture de plusieurs manières ingénieuses. L'un des plus populaires est l'utilisation d'oxygène pour réduire les périodes d'incubation des œufs de poisson en fournissant à l'eau un oxygène riche qui accélère le processus de croissance des œufs et des poissons adultes. Augmenter ainsi la production.
• Industrie du verre : Verrerie est un autre processus qui nécessite beaucoup de chaleur pour transformer les matières premières du sable en lass. L'utilisation de l'électricité finit par augmenter les factures d'électricité, mais l'utilisation de l'oxygène du four accélère le processus de fusion, est moins coûteuse et offre un meilleur contrôle.
• Purification du Biogaz : L'un des plus grands inconvénients de l'adoption de l'énergie du biogaz est le fait qu'à côté du gaz méthane indispensable, il existe une production très élevée de sulfure d'hydrogène. Ce n'est pas seulement toxique pour les personnes, mais peut causer de graves dommages s'il est exposé aux flammes. Les systèmes PSA sont utilisés pour éliminer le sulfure d'hydrogène et d'autres gaz toxiques qui ne sont pas nécessaires dans les installations de biogaz.

Verdict final

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Alors, comment ces deux systèmes se comparent-ils ? Comment faire un choix entre les deux ? La réponse courte à la deuxième question est que tout se résume à des préférences personnelles. Les deux PSA et VPSA sont capables de gérer les mêmes tâches avec très peu de différence. Vous devez simplement choisir ce qui convient le mieux à vos besoins.

Ce qui suit est un tableau de comparaison rapide qui montre comment les deux processus se comparent. Les informations peuvent vous aider à prendre une meilleure décision lorsqu'il s'agit de choisir PSA ou VPSA.

PROCESSUS	PSA	VPSA
Centrale électrique	Compresseur d'air	Ventilateur et Pompe À Vide
Purification de l'air	Sécheur d'air et filtres	Ce n'est pas nécessaire
Matériaux d'adsorption	Tamis moléculaire et alumine	Tamis moléculaire et alumine
Tours et réservoir tampon	Pressure Vessel	Pression normale
Utilisation de l'eau	Non requis	Requis
Utilisation d'électricité	Plus	Moins
Instrument	Usine autonome	Nécessaire
Occupation du territoire	Small	Plus gros
Coût d'investissement	Moins	Plus
Opération	entièrement automatisé	entièrement automatisé
Pression d'oxygène	0.2 – 0.4	0.02 – 0.03

Comme vous pouvez le voir sur le graphique ci-dessus, les différences ne sont pas centrées sur la fonctionnalité mais plutôt sur le coût et l'ampleur de l'opération. Gardez tous ces facteurs à l'esprit lorsqu'il s'agit de prendre la bonne décision.

Conclusion

VPSA et PSA sont à la fois des processus très efficaces et fiables qui peuvent fonctionner dans n'importe quel contexte, tout dépend du type de configuration que vous souhaitez utiliser et des industries que vous avez l'intention de servir. Pour en savoir plus sur la séparation et la génération de gaz, les machines nécessaires et comment tout configurer à partir de zéro, alors Consultez notre site Web et ayez toutes les questions auxquelles vous pourriez avoir répondu par une équipe d'experts.