Le procédé d'adsorption par inversion de pression (PSA) est une technologie de séparation de gaz.

1 Introduction à la production d'azote par PSA (adsorption par variation de pression)
1.1 Adsorption par variation de pression
L'adsorption par variation de pression (PSA) est une technologie de séparation de gaz. En 1960, C. W. Skarstrom des États-Unis a obtenu le premier brevet pour la production d'oxygène par tamis moléculaire PSA, suivi de recherches expérimentales approfondies menées dans des pays tels que le Royaume-Uni, l'Allemagne et le Japon. En 1970, UCC (United Carbides Corporation) aux États-Unis a été la première à réaliser une production à l'échelle industrielle et a longtemps maintenu une position de leader dans le développement et l'application de la technologie PSA. En concurrence avec les méthodes de séparation traditionnelles, le procédé PSA a fait l'objet d'améliorations et de raffinements continus, ce qui a conduit à son développement rapide.
1.2 Principe de fonctionnement
Un système de génération d'azote PSA utilise l'air comme matière première et emploie un adsorbant solide hautement efficace et hautement sélectif (tamis moléculaire de carbone) pour adsorber sélectivement l'azote et l'oxygène, les séparant ainsi de l'air. La séparation de l'azote et de l'oxygène par les tamis moléculaires de carbone est principalement basée sur les différentes vitesses de diffusion de ces deux molécules de gaz dans le tamis. Les molécules de gaz de plus petit diamètre (oxygène) diffusent plus rapidement et pénètrent plus profondément dans la phase solide du tamis moléculaire. En conséquence, l'azote s'enrichit dans la phase gazeuse. Après environ 2 minutes, l'adsorption de l'oxygène par le tamis moléculaire atteint l'équilibre. Tirant parti de la caractéristique selon laquelle la capacité d'adsorption des tamis moléculaires de carbone varie avec la pression, la pression est réduite pour désorber les molécules d'oxygène du tamis moléculaire ; ce processus est appelé régénération. L'adsorption par variation de pression (PSA) utilise généralement deux tours connectées en parallèle, qui alternent entre adsorption sous pression et régénération par réduction de pression pour produire un approvisionnement continu en azote.
1.3 Aperçu du processus
Un système complet de génération d'azote comprend : des compresseurs d'air — unité de purification d'air comprimé — réservoir de stockage d'air — générateur d'azote PSA — réservoir tampon d'azote — réservoir de stockage d'azote (basse pression) — système de pressurisation d'azote — réservoir de stockage d'azote
(haute pression).
2 Présentation de l'équipement
2.1 Sélection des générateurs d'azote
La sélection d'un générateur d'azote implique de nombreuses considérations. Premièrement, une étude de marché préliminaire approfondie doit être menée pour déterminer les spécifications du modèle spécifique (débit d'azote, pureté de l'azote, pression de sortie, point de rosée, etc.). Une analyse comparative complète des performances et des caractéristiques du générateur d'azote doit être effectuée, et la sélection doit être basée sur l'environnement d'exploitation local.

3. Production et fonctionnement des générateurs d'azote
Le système de contrôle électrique gère la séquence des opérations selon un programme spécifique, alternant entre l'adsorption sous pression et la régénération par dépressurisation. Le processus de production de gaz fonctionne automatiquement, avec le débit d'azote, la pression et la pureté réglables et affichés en continu.
3.1 Inspections du personnel et domaines d'intérêt clés
Lors des inspections, les opérateurs de générateurs d'azote doivent prêter attention aux aspects suivants : (1) Tout d'abord, vérifier que la pureté de l'azote et le point de rosée répondent aux exigences ; puis, confirmer que l'adsorption et la régénération se déroulent normalement ; (2) Vérifier si l'alimentation électrique, l'alimentation en gaz, l'alimentation en eau et les conditions de température requises par l'unité sont normales ; (3) Surveiller la pression du réservoir de stockage d'air et la maintenir entre 0,7 et 0,75 MPa, en veillant à ce qu'elle ne tombe pas en dessous de la valeur nominale ; (4) Inspecter la vanne de vidange automatique à chaque vérification pour éviter les blocages ou les dommages qui pourraient compromettre sa fonction de drainage ; (5) Vérifier périodiquement si les ailettes de l'échangeur de chaleur du sécheur frigorifique sont propres pour éviter qu'une mauvaise dissipation de chaleur n'affecte les performances et la durée de vie du sécheur ; (6) La maintenance périodique du filtre de précision implique principalement le remplacement de la cartouche filtrante en fonction de l'état d'utilisation du filtre ; se référer au programme et aux procédures de maintenance recommandés par le fabricant du filtre pour l'entretien du filtre ; (7) Calibrer l'analyseur d'oxygène une fois par mois ; si la teneur en oxygène dépasse la valeur nominale, envisager si la sonde d'oxygène a atteint la fin de sa durée de vie et la remplacer rapidement ; le cycle de remplacement recommandé est d'un an ; (8) Inspecter régulièrement la sensibilité des vannes solénoïdes et pneumatiques, la plage de pression des régulateurs de pression, la précision des analyseurs de gaz, l'étanchéité des tours d'adsorption, l'état d'échappement des silencieux et la propreté des tubes internes des débitmètres, et résoudre rapidement tout problème pour assurer le fonctionnement normal de l'équipement.
4 Maintenance et entretien des générateurs d'azote
4.1 Compresseur d'air (type à vis)
Le compresseur d'air (ou groupe compresseur) fournit l'air comprimé requis par le système de génération d'azote PSA (adsorption par variation de pression). Son débit, sa pression et ses autres spécifications sont déterminés par la consommation d'air du système de génération d'azote PSA. L'efficacité (consommation) du système PSA est principalement déterminée par les performances des tamis moléculaires, le flux du processus et la structure des adsorbeurs. Le compresseur d'air doit répondre aux spécifications suivantes : (1) débit d'air ≥ 16,5 m³/min ; (2) pression de refoulement entre 0,8 et 0,98 MPa ; (3) teneur en huile ≤ 3 ppm ; (4) température ≤ 45°C.
En fonctionnement réel, les inspections de routine du compresseur d'air comprennent : la température de fonctionnement (≤ 105°C), la pression de fonctionnement (0,8–1,0 MPa) et la pression de l'eau (0,3–0,6 MPa). Les inspections mensuelles comprennent la vérification du niveau d'huile et la recherche de fuites aux raccords de tuyauterie. La maintenance trimestrielle comprend le nettoyage de l'écran du filtre à air d'admission et de l'élément filtrant à air, ainsi que l'inspection des raccords. La maintenance annuelle est effectuée conformément au *Manuel de maintenance* des produits Ingersoll Rand (INGERSOLL RAND) et est réalisée par des ingénieurs professionnels Ingersoll Rand. Pendant le fonctionnement quotidien, suivez les recommandations de maintenance et l'ordre de priorité décrits dans le manuel : (1) Effectuez la maintenance en fonction de l'affichage du contrôleur ; (2) Effectuez la maintenance une fois par an. En cas de dysfonctionnements généraux, la personne responsable de l'équipement doit dépanner le problème en utilisant les méthodes de réparation décrites dans le guide de dépannage du manuel. Si le problème ne peut être résolu, veuillez contacter un ingénieur professionnel Ingersoll Rand pour obtenir de l'aide.
Le principal facteur affectant les performances du compresseur d'air au quotidien est la température, et les principaux facteurs influençant la température (dans des conditions de pression et de débit constants) comprennent : la saison, la température de l'eau et la qualité de l'eau. Les tuyaux d'eau de refroidissement de l'équipement sont conçus pour l'eau municipale avec des diamètres d'entrée et de sortie de 40 mm. La consommation d'eau est d'environ 9 tonnes métriques par heure et est rejetée directement. Ne pas recycler cette eau entraînerait un gaspillage important ; cependant, la mise en place d'un système de recyclage de l'eau de refroidissement pour réutilisation nécessite un investissement financier substantiel (la dureté de l'eau locale varie de 380 à 410 milligrammes par litre). L'été est la saison la plus exigeante pour les compresseurs d'air en termes de performances de l'équipement, et elle sert également de test pour déterminer si la sélection initiale du type de refroidisseur était appropriée. Dans les systèmes de génération d'azote PSA (adsorption par variation de pression), les compresseurs d'air représentent la plus grande partie des coûts de maintenance et d'entretien de l'équipement. Lors de la sélection de ce type de méthode de génération d'azote, il est essentiel de mener une étude de marché préliminaire approfondie et une planification pour tenir compte des futures dépenses de maintenance.
4.2 Sécheur frigorifique
Les sécheurs frigorifiques (Modèle/Spécifications : IDS-150AC ; 20 Nm³/min) nécessitent des inspections quotidiennes, notamment : vérifier que la condensation du sécheur frigorifique et le rejet des eaux usées du filtre à trois étages ne sont pas obstrués ; vérifier que la pression du réfrigérant (0,3–0,6 MPa) et la pression de l'air comprimé (<1,0 MPa) sont dans les plages normales ; La maintenance et l'entretien impliquent la purge périodique de l'échangeur de chaleur (surtout au printemps et en été, où une purge fréquente est nécessaire pour éviter une mauvaise dissipation de chaleur), le nettoyage des ports de vidange, et le remplacement périodique (généralement tous les 12 mois) des trois filtres (Modèle : Filtre de stade 3 XF3-44, Filtre de stade 7 XF7-44, Filtre de grade 9 XF9–44) ; des facteurs tels que la sélection, la méthode d'installation, l'emplacement d'installation et la saison du sécheur frigorifique ont tous un impact certain sur ses capacités d'élimination de l'huile et de l'humidité.
4.3 Adsorbeur à charbon actif
L'activité du charbon actif et de l'alumine dans l'adsorbeur est directement liée à la qualité de l'air du compresseur et à l'efficacité de l'élimination de l'huile et de l'humidité par le sécheur frigorifique. Généralement, en fonction de l'utilisation de l'équipement, le charbon actif et l'alumine doivent être remplacés tous les 3 à 5 ans.
4.4 Unité de séparation oxygène-azote — Tour d'adsorption à tamis moléculaire
Le tamis moléculaire de carbone est le composant central d'un générateur d'azote à adsorption par variation de pression (PSA). Ses indicateurs de performance comprennent : la dureté, le débit de production d'azote (Nm³/T-h), le taux de récupération (N₂/Air) % et la densité de remplissage. Pendant le fonctionnement, des précautions doivent être prises pour éviter que la surchauffe n'affecte l'efficacité d'adsorption et pour éviter la pulvérisation du tamis moléculaire causée par des impacts intenses du flux de gaz.
4.5 Détecteurs de gaz
(1) Analyseur de pureté d'azote (Azote standard) : Modèle P860 4N, Changai ; (2) Analyseur de pureté d'oxygène (Haute pureté) : Modèle GNL-9100, Changai ; Conformément au manuel d'utilisation, renvoyer l'instrument au fabricant chaque année pour inspection et étalonnage des sondes de capteur. Si des anomalies sont détectées pendant le fonctionnement de routine, vérifier les lectures et enquêter sur la cause.
4.6 Réservoirs de stockage de gaz
En tant qu'équipement de stockage du produit, effectuer une auto-inspection une fois par mois et une auto-évaluation une fois par an ; mandater le Bureau de supervision technique pour effectuer des tests non destructifs tous les trois ans. Après six ans, lorsque la durée de vie de conception est atteinte, déterminer s'il faut continuer à utiliser l'équipement ou le mettre hors service en fonction des résultats de l'inspection.
5 Conclusion
La maintenance et l'entretien sont essentiels pour assurer le fonctionnement normal des générateurs d'azote PSA. En tant qu'équipement utilitaire, le fonctionnement stable des générateurs d'azote PSA fournit les conditions et les garanties nécessaires aux opérations industrielles de l'organisation. Effectuer une maintenance et un entretien rapides de tous les composants de l'équipement peut prévenir les dysfonctionnements, prolonger la durée de vie de l'équipement, réduire la consommation d'énergie et améliorer l'efficacité.

Traduit avec DeepL.com (version gratuite)