La machine à azote désigne un équipement qui utilise l’air comme matière première et recourt à des méthodes physiques pour séparer l’oxygène et l’azote qu’il contient afin d’obtenir de l’azote. Les machines à azote utilisées dans l’industrie peuvent être divisées en trois types selon différentes méthodes de classification, à savoir la méthode de séparation cryogénique de l’air, la méthode de séparation de l’air par tamis moléculaire (PSA) et la méthode de séparation de l’air par membrane.
Système de génération d’azote
La machine à azote est un équipement de production d’azote conçu et fabriqué selon la technologie d’adsorption modulée en pression. La machine à azote utilise un tamis moléculaire au carbone (CMS) importé de haute qualité comme adsorbant et adopte le principe d’adsorption modulée en pression (PSA) à température normale pour séparer l’air et produire de l’azote de haute pureté. Deux tours d’adsorption sont généralement utilisées en parallèle, et la vanne pneumatique importée est contrôlée par un PLC importé pour fonctionner automatiquement, effectuer alternativement l’adsorption sous pression et la régénération par décompression, achever la séparation de l’azote et de l’oxygène, et obtenir l’azote de haute pureté requis.
Les principes de fonctionnement de trois types de générateurs d’azote
Principe de production d’azote par adsorption par oscillation de pression (PSA)
Les tamis moléculaires en carbone peuvent adsorber simultanément l’oxygène et l’azote de l’air, et leur capacité d’adsorption augmente avec la pression. De plus, il n’y a pas de différence significative dans la capacité d’adsorption à l’équilibre de l’oxygène et de l’azote à la même pression. Par conséquent, il est difficile de réaliser une séparation efficace de l’oxygène et de l’azote uniquement en fonction des variations de pression. Si l’on prend également en compte la vitesse d’adsorption, il est possible de distinguer efficacement les caractéristiques d’adsorption de l’oxygène et de l’azote. Le diamètre des molécules d’oxygène est plus petit que celui des molécules d’azote, ce qui fait que le taux de diffusion est des centaines de fois plus rapide que celui de l’azote. Par conséquent, le taux d’adsorption de l’oxygène sur les tamis moléculaires en carbone est également très rapide, atteignant plus de 90 % en environ 1 minute ; à ce moment-là, la capacité d’adsorption de l’azote n’est que d’environ 5 %, de sorte que l’oxygène adsorbé est pour la plupart de l’oxygène, tandis que le reste est principalement de l’azote. De cette manière, si le temps d’adsorption est contrôlé dans une limite d’une minute, l’oxygène et l’azote peuvent être initialement séparés. Autrement dit, l’adsorption et la désorption sont réalisées par différence de pression, l’adsorption se produisant lorsque la pression augmente et la désorption lorsque la pression diminue. La distinction entre l’oxygène et l’azote repose sur la différence de leurs vitesses d’adsorption, ce qui est obtenu en contrôlant le temps d’adsorption. Si ce temps est très court, l’oxygène sera complètement adsorbé tandis que l’azote cessera avant de pouvoir être adsorbé.
Principe de la séparation cryogénique de l’air pour la production d’azote
La production d’azote cryogénique permet non seulement de produire de l’azote, mais aussi de l’azote liquide, répondant ainsi aux exigences du processus pour l’azote liquide, qui peut être stocké dans des réservoirs de stockage d’azote liquide. En cas d’interruption de l’alimentation en azote ou de maintenance mineure de l’équipement de séparation de l’air, l’azote liquide contenu dans le réservoir de stockage entre dans le vaporisateur et est chauffé avant d’être envoyé dans la canalisation d’azote du produit afin de répondre à la demande en azote de l’équipement de traitement. Le cycle de fonctionnement de la production d’azote cryogénique (qui correspond à l’intervalle entre deux grands cycles de chauffage) est généralement supérieur à un an. Par conséquent, la production d’azote cryogénique ne prévoit généralement pas de système de secours. Cependant, la production d’azote par adsorption à pression alternée ne peut produire que de l’azote gazeux sans système de secours, et un seul ensemble d’équipements ne peut garantir un fonctionnement continu à long terme.
Principe de la séparation de l’air par membrane pour la production d’azote
Après avoir été comprimé et filtré par le compresseur, l’air pénètre dans le filtre à membrane polymère. En raison des différents coefficients de solubilité et de diffusion des divers gaz dans la membrane, les taux de perméabilité relatifs des différents gaz dans la membrane sont différents. Selon cette caractéristique, les différents gaz peuvent être divisés en « gaz rapides » et « gaz lents ».
Lorsque le mélange gazeux est soumis à la différence de pression des deux côtés de la membrane, les gaz dont les taux de perméation sont relativement rapides, tels que l’eau, l’hydrogène, l’hélium, le sulfure d’hydrogène, le dioxyde de carbone, etc. traversent la membrane et s’enrichissent du côté perméat de la membrane, tandis que les gaz dont les taux de perméation sont relativement lents, tels que le méthane, l’azote, le monoxyde de carbone et l’argon, sont retenus du côté perméat de la membrane et s’enrichissent, permettant ainsi d’atteindre l’objectif de séparation des gaz mixtes.
Caractéristiques techniques du générateur d’azote
Pratique et rapide
Une technologie avancée et un distributeur d’air unique rendent la distribution de l’air plus uniforme et utilisent efficacement les tamis moléculaires au carbone, fournissant de l’azote gazeux de qualité en environ 20 minutes.
Facile à utiliser
L’équipement a une structure compacte, est assemblé en un seul bloc, occupe peu d’espace, ne nécessite aucun investissement en infrastructure et représente un faible investissement. L’azote peut être produit sur place en branchant simplement l’alimentation électrique.
Économie
Le procédé PSA est une méthode simple de production d’azote qui utilise l’air comme matière première et ne consomme que l’énergie électrique utilisée par le compresseur d’air. Il présente les avantages suivants : faibles coûts d’exploitation, faible consommation d’énergie et rendement élevé.
Fonctionnement automatisé
Le PLC importé contrôle le fonctionnement entièrement automatique, avec un débit, une pression et une pureté d’azote réglables, ainsi qu’un affichage continu, permettant un fonctionnement sans surveillance.
Largement applicable
Gaz de protection pour les processus de traitement thermique des métaux, gaz de production dans l’industrie chimique et purification de l’azote de divers réservoirs de stockage et pipelines, gaz de production pour les produits en caoutchouc et en plastique, élimination de l’oxygène et emballage de conservation dans l’industrie alimentaire, gaz de purification et de recouvrement dans l’industrie des boissons, remplissage d’azote et élimination de l’oxygène des emballages et des conteneurs dans l’industrie pharmaceutique, et gaz de protection pour les composants électroniques et les processus de production de semi-conducteurs dans l’industrie électronique. La pureté, le débit et la pression sont stables et réglables pour répondre aux besoins de différents clients.
Classification principale des générateurs d’azote
Séparation cryogénique de l’air pour la production d’azote
La séparation cryogénique de l’air pour la production d’azote est une méthode traditionnelle de production d’azote qui existe depuis près de plusieurs décennies. Elle utilise l’air comme matière première, le comprime et le purifie, puis utilise l’échange thermique pour le liquéfier en air liquide. L’air liquide est principalement un mélange d’oxygène liquide et d’azote liquide. En utilisant les différents points d’ébullition de l’oxygène liquide et de l’azote liquide (à 1 atmosphère, le premier a un point d’ébullition de -183 ℃, tandis que le second a un point d’ébullition de -196 ℃), ils sont séparés par distillation de l’air liquide pour obtenir de l’azote gazeux. L’équipement de production d’azote par séparation cryogénique de l’air est complexe, occupe une grande surface, a des coûts d’infrastructure élevés, nécessite un investissement initial important en équipement, a des coûts d’exploitation élevés, produit du gaz lentement (12 à 24 heures), a des exigences d’installation élevées et a un cycle long. Compte tenu de facteurs tels que l’équipement complet, l’installation et les infrastructures, l’investissement nécessaire pour des unités PSA de mêmes spécifications pour des équipements inférieurs à 3500 Nm3/h est de 20 % à 50 % inférieur à celui des unités de séparation cryogénique de l’air. L’unité de production d’azote par séparation cryogénique de l’air convient à la production industrielle d’azote à grande échelle, tandis que la production d’azote à moyenne et petite échelle semble peu rentable.
Séparation de l’air par tamis moléculaire pour la production d’azote
La méthode consistant à utiliser l’air comme matière première, un tamis moléculaire au carbone comme adsorbant et le principe d’adsorption modulée en pression pour adsorber sélectivement l’oxygène et l’azote par le tamis moléculaire au carbone afin de séparer l’azote et l’oxygène est communément appelée production d’azote par PSA. Cette méthode est une nouvelle technologie de production d’azote qui s’est rapidement développée dans les années 1970. Par rapport aux méthodes traditionnelles de production d’azote, elle présente les avantages suivants : processus simple, haut degré d’automatisation, production rapide de gaz (15 à 30 minutes), faible consommation d’énergie, pureté du produit ajustable dans une large gamme en fonction des besoins de l’utilisateur, fonctionnement et maintenance pratiques, faibles coûts d’exploitation et forte adaptabilité des appareils. Elle est donc très compétitive pour les équipements de production d’azote inférieurs à 1 000 Nm3/h et est de plus en plus populaire auprès des petits et moyens utilisateurs d’azote. La production d’azote par PSA est devenue la méthode préférée des petits et moyens utilisateurs d’azote.
Séparation de l’air par membrane pour la production d’azote
En utilisant l’air comme matière première, dans certaines conditions de pression, différents gaz ayant des propriétés différentes, tels que l’oxygène et l’azote, sont utilisés pour séparer l’oxygène et l’azote dans la membrane avec des taux de perméation différents. Par rapport à d’autres équipements de production d’azote, il présente les avantages suivants : structure plus simple, volume plus petit, absence de vannes de commutation, moins d’entretien, production de gaz plus rapide (≤ 3 minutes) et extension de capacité pratique. Il est particulièrement adapté aux petits et moyens utilisateurs d’azote avec une pureté d’azote ≤ 98 % et présente le meilleur rapport fonctionnalité/prix. Lorsque la pureté de l’azote est supérieure à 98 %, son prix est supérieur de plus de 15 % à celui des générateurs d’azote PSA de mêmes spécifications.
Industries d’application des systèmes de production d’azote
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Le générateur d’azote spécialisé pour l’industrie alimentaire convient au stockage vert des céréales, au remplissage en azote des emballages alimentaires, à la conservation des légumes, à la mise sous vide (conservation en conserve) et au stockage de boissons alcoolisées, etc. Les générateurs d’azote antidéflagrants conviennent aux lieux nécessitant des dispositifs antidéflagrants, tels que les industries chimique, pétrolière et du gaz naturel.
Le générateur d’azote spécialisé pour l’industrie pharmaceutique est principalement utilisé dans les domaines de la production, du stockage, de l’emballage et du conditionnement des médicaments.
Le générateur d’azote spécifique à l’industrie électronique convient pour l’emballage de produits semi-conducteurs, la production de composants électroniques, LED, écrans LCD, production de batteries au lithium et autres domaines. Le générateur d’azote se caractérise par sa haute pureté, sa petite taille, son faible niveau sonore et sa faible consommation d’énergie.
Les générateurs d’azote de type conteneur conviennent aux secteurs du pétrole, du gaz naturel, de la chimie et autres domaines connexes, et présentent des caractéristiques de forte adaptabilité et de fonctionnement mobile.
Les véhicules mobiles de génération d’azote montés sur véhicule conviennent aux secteurs tels que l’extraction de pétrole et de gaz, le soufflage de pipelines, le remplacement, le secours d’urgence, la dilution des gaz et liquides inflammables dans l’industrie pétrolière et gazière. Ils sont divisés en séries basse pression, moyenne pression et haute pression, et se caractérisent par une grande mobilité et un fonctionnement mobile.
La machine de remplissage en azote pour pneus d’automobile est principalement utilisée pour le remplissage en azote des pneus de voitures dans les magasins 4S et les ateliers de réparation, permettant de prolonger la durée de vie des pneus, de réduire le bruit et la consommation de carburant.