Comment fonctionne l'adsorption par variation de pression ?
Lors de la production d'azote liquide, il est essentiel de connaître et de comprendre le niveau de pureté souhaité. Certaines applications exigent un faible niveau de pureté (entre 90 et 99 %), comme le gonflage des pneus et la prévention des incendies, tandis que d'autres, telles que les applications dans l'industrie agroalimentaire ou le moulage de plastique, requièrent un niveau élevé (de 97 à 99,999 %). Dans ces cas, la technologie PSA est la solution idéale et la plus simple.
En résumé, un générateur d'azote fonctionne en séparant les molécules d'azote des molécules d'oxygène présentes dans l'air comprimé. L'adsorption modulée en pression (PSA) réalise cette séparation en piégeant l'oxygène du flux d'air comprimé par adsorption. L'adsorption se produit lorsque les molécules se lient à un adsorbant ; dans ce cas précis, les molécules d'oxygène se fixent à un tamis moléculaire de carbone (CMS). Ce processus se déroule dans deux cuves sous pression distinctes, chacune remplie de CMS, qui alternent entre la séparation et la régénération. Nous les appellerons provisoirement tour A et tour B.
Pour commencer, de l'air comprimé propre et sec pénètre dans la tour A. Les molécules d'oxygène, plus petites que celles d'azote, s'insèrent dans les pores du tamis moléculaire de carbone. Les molécules d'azote, quant à elles, ne peuvent pas pénétrer dans les pores et contournent donc le tamis. On obtient ainsi de l'azote de la pureté souhaitée. Cette phase est appelée phase d'adsorption ou de séparation.
Le processus ne s'arrête pas là. La majeure partie de l'azote produit dans la tour A est évacuée du système (prête à être utilisée directement ou stockée), tandis qu'une petite partie est acheminée vers la tour B en sens inverse (de haut en bas). Ce flux est nécessaire pour expulser l'oxygène capturé lors de la précédente phase d'adsorption dans la tour B. La dépressurisation de la tour B libère les tamis moléculaires de carbone de leur capacité à retenir les molécules d'oxygène. Celles-ci se détachent et sont évacuées par le faible flux d'azote provenant de la tour A. Le système est ainsi prêt à accueillir de nouvelles molécules d'oxygène qui pourront se fixer sur les tamis lors d'une nouvelle phase d'adsorption. Ce processus de « nettoyage » est appelé régénération de la tour par saturation en oxygène.
Dans un premier temps, le réservoir A est en phase d'adsorption tandis que le réservoir B se régénère. Dans un second temps, la pression des deux réservoirs s'égalise afin de préparer l'inversion de fonctionnement. Après cette inversion, le réservoir A entame sa régénération tandis que le réservoir B produit de l'azote.
À ce stade, la pression dans les deux tours s'égalise et elles alternent entre les phases d'adsorption et de régénération. Le CMS de la tour A est saturé, tandis que la tour B, du fait de la dépressurisation, peut relancer le processus d'adsorption. Ce processus, également appelé « variation de pression », permet de capturer certains gaz à haute pression et de les libérer à basse pression. Le système PSA à deux tours permet une production continue d'azote au niveau de pureté souhaité.
Date de publication : 25 novembre 2021