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Comment fonctionne le générateur d'azote gazeux? – PSA vs membrane vs cryogénique

Le principe de fonctionnement du générateur d'azote diffère selon les types. Et il existe trois principaux types de systèmes de génération n2. Le premier est le générateur d'azote PSA. Il utilise le principe de l’adsorption modulée en pression. C'est le type le plus courant. Le deuxième est le générateur d'azote à membrane. Il utilise le principe de pénétration de la membrane moléculaire. Le troisième est le générateur d'azote cryogénique. Il adopte le principe du refroidissement et de la séparation cryogéniques. Il peut produire de l'azote d'une pureté de ≧99,999 %.

Comment fonctionnent ces trois types de générateurs n2? Quels sont les avantages et les inconvénients de chacun d'eux? Ensuite, nous présenterons respectivement leur principe de fonctionnement. Nous comparerons également ces trois types de systèmes de génération d'azote.

 

psa n2 generator system

 

Principe de fonctionnement du générateur d'azote PSA

Il utilise un mode d'adsorption à double tour. Et l'adsorbant est un tamis moléculaire en carbone. Le PLC contrôle la vanne pneumatique pour un fonctionnement automatique. Les tours A et B alternent pour l'adsorption et la régénération. Compléter la séparation du N2 et de l'O2. Obtenez enfin l'azote gazeux de haute pureté.

 

carbon molecular sieve of industrial nitrogen generator

 

(1) Comment fonctionne un générateur de gaz PSA n2?

Les tamis moléculaires en carbone peuvent adsorber l'oxygène et l'azote présents dans l'air. Mais leur vitesse d'adsorption n'est pas la même. Le diamètre O2 est plus petit que le diamètre N2. Donc, l'oxygène se diffuse des centaines de fois plus vite que l'azote. Les tamis moléculaires absorbent l'O2 plus rapidement. L'adsorption atteint plus de 90% à propos 1 minute. En ce moment, la quantité d'azote adsorbée n'est que d'environ 5%. La majeure partie de l’adsorption est donc de l’O2. La majeure partie du reste est du gaz N2.

L'augmentation de la pression d'adsorption peut augmenter la capacité d'adsorption de l'O2 et du N2 en même temps. Outre, le taux d'augmentation de l'adsorption d'O2 est plus grand. Le cycle d'adsorption modulée en pression est court. La quantité d'adsorption d'O2 et de N2 est loin de l'équilibre (valeur maximum). En outre, il existe des différences dans les taux de diffusion de l'O2 et du N2. Donc, cela fait que la quantité d'adsorption d'O2 dépasse largement celle de N2 en peu de temps.
Les tamis moléculaires en carbone ont des propriétés d'adsorption sélective. La génération d'azote par adsorption modulée en pression utilise exactement cette caractéristique. Il adopte la période de cycle d'adsorption de pression et de désorption par décompression. L'air comprimé entre alternativement dans les tours d'adsorption. Il peut réaliser la séparation de l'air. Produisant ainsi en continu de l'azote de haute pureté.
psa nitrogen plant working principle

(2) Processus de travail du système N2 PSA

① Égalisation de pression intermédiaire

Après 50 secondes de fonctionnement de la tour d'adsorption A, le tamis moléculaire en carbone a tendance à être saturé. Ensuite, il entre 2 secondes étape d'égalisation de pression inégale (vannes V3, V4, V8 sont fermés). Il y a de l'azote semi-fini à haute pression dans la tour d'adsorption A. Ce gaz n2 entre dans la tour d'adsorption B par les vannes V7 et V10. Ça fait les deux tours à la même pression. Après avoir égalisé la pression, les vannes sont toutes fermées.

② Une tour réalise l'adsorption, Tour B non

La vanne d'entrée et de sortie V1 s'ouvre. (Vannes V1 et V2, les vannes V6 et V7 n'en ouvrent qu'une seule en fonctionnement. ou ils sont fermés en même temps). L'air comprimé entre dans la tour d'adsorption A par le pipeline et commence la pré-adsorption. Le processus de production d’azote gazeux démarre. La vanne V6 s'ouvre pour délivrer l'azote fini dans le réservoir de stockage.

③ Adsorption dans la tour B, désorption dans la tour A

Vannes V2, V3 ouverte. L'air comprimé entre ensuite dans la tour d'adsorption B. Le travail d’adsorption commence. En outre, soupapes V7, V9 ouvert avec un peu de retard. Introduire de l'azote gazeux dans le réservoir de stockage. En même temps, la vanne V5 s'ouvre. Évacuer les gaz résiduels de la tour A vers l'atmosphère. C'est, utiliser l'azote trace au sommet de la tour pour rejeter le gaz clochard. Ce processus durera jusqu'à la fin de l'adsorption de la tour B.. Toutes les vannes sont fermées pour entrer dans l'état d'égalisation de la pression.

Voici donc ci-dessus le principe de fonctionnement du générateur d'azote gazeux.

 

V1 ●
V2 ●
V3 ● ● ●
V4 ● ● ●
V5 ● ● ● ●
V6 ● ● ● ●
V7 ●
V8 ●
V9 ● ●
V10 ● ●
Temps 1 Deuxième 1~ 51 secondes 52 Deuxième 53 Deuxième 53~103 Seconde 104 Deuxième
Statut Tour A Adsorption, Régénération de la tour B Adsorption de la tour B, Tour A Régénération

Note: ● signifie que la vanne s'ouvre.

 

Principe de fonctionnement du générateur d'azote à membrane

Le taux de perméation des différents gaz sur les membranes polymères varie. Le générateur à membrane n2 profite de cette propriété pour effectuer la séparation des gaz. La séparation est provoquée par la différence de pression partielle entre les deux côtés de la membrane. Donc, la technologie membranaire ne nécessite pas de régénération. Le fonctionnement et la maintenance sont également simples.

 

membrane nitrogen generator working principle

 

Comment fonctionne un générateur d'azote à membrane?

Il y a des centaines de fibres creuses dans le générateur n2. Chaque fibre est inférieure à 1 mm de diamètre. Ils sont aussi fins qu'un cheveu humain. L'air comprimé entre par une extrémité du faisceau de fibres. Les molécules de gaz sont d'abord adsorbées sur la surface côté haute pression de la membrane. Puis ils se dissolvent, se diffuse et s'échappe. Chaque gaz a un taux de perméation différent. Par exemple, le taux de perméation de l'oxygène, gaz carbonique, la vapeur d'eau est rapide. Nous les appelons « gaz rapides ». Ils pénètrent depuis la paroi interne des fibres haute pression vers le côté externe basse pression.. Enfin, ils sont évacués par l'ouverture d'un côté du module à membrane.
Le taux de perméation de l'azote est plus faible. Nous l'appelons « gaz lent ». L'azote est enrichi à l'intérieur de la haute pression. Il est évacué de l'autre extrémité du module à membrane. Ainsi, il réalise la séparation de l'oxygène et de l'azote.
Principle Diagram of Membrane Separation

 

Principe de fonctionnement du générateur d'azote cryogénique

La génération d'azote par séparation cryogénique de l'air utilise l'air comme matière première. Après compression et purification, liquéfier l'air par échange thermique. L'air liquéfié est principalement un mélange d'oxygène liquide et d'azote liquide. Ils ont des points d'ébullition différents. C'est, O2 est de -297,3°C. Et N2 est à -320,3°C. Enfin, obtenir de l'azote en les séparant par rectification.

 

Cryogenic Nitrogen Generation Working Process

 

Comment fonctionne le générateur cryogénique de n2?

L'ensemble du processus consiste en la compression et la purification de l'air, séparation de l'air, et vaporisation d'azote liquide.

(1) Compression et purification de l'air

Premièrement, l'air passe à travers un filtre à air pour éliminer la poussière et les impuretés. Entrez ensuite dans le compresseur d'air. Comprimer à la pression souhaitée. Après, entre dans le refroidisseur d'air. Baisser la température de l'air. Enfin, entrez dans le purificateur de séchage d'air. Élimine l'humidité, dioxyde de carbone et autres hydrocarbures de l'air.

(2) Séparation de l'air

L'air purifié entre dans l'échangeur de chaleur principal de la tour de séparation d'air. Ils sont refroidis jusqu'à la température de saturation par reflux gazeux (produit azote, gaz résiduaire). Ensuite l'air est envoyé au fond de la tour de distillation. On y récupère l'azote en haut de la tour. L'air liquide est envoyé à l'évaporateur pour s'évaporer après étranglement. En même temps, une partie de l'azote envoyé de la tour de rectification est condensée. Une partie de l'azote liquide condensé fait office de liquide de reflux de la tour de rectification. L'autre partie sort de la tour de séparation de l'air sous forme d'azote liquide..

(3) Vaporisation d'azote liquide

L'azote liquide de la tour de séparation d'air est stocké dans le réservoir. Ensuite, cet azote liquide présent dans le réservoir de stockage entre dans le vaporisateur pour être chauffé.. Enfin, ils entrent dans le pipeline d'azote produit. La génération d'azote cryogénique peut produire de l'azote d'une pureté ≧99,999 %.

Voici donc le principe de fonctionnement du générateur d'azote cryogénique.

 

PSA vs générateur d'azote à membrane

(1) Le principe de fonctionnement est différent

Le premier adopte le principe d'adsorption modulée en pression. Le matériau principal est l'adsorbant (tamis moléculaire en carbone). Le CMS a une vitesse d'adsorption différente pour l'oxygène et l'azote. Mais ces derniers séparent O2 et N2 par un principe de fonctionnement différent. Le matériau principal est une membrane polymère. L'oxygène et l'azote gazeux ont des vitesses de pénétration différentes dans la membrane. Pour plus d'informations, veuillez vérifier le principe de fonctionnement ci-dessus des trois générateurs d'azote.

(2) La pureté de l'azote est différente

En général, la pureté du générateur PSA n2 est plus élevée. Sa pureté maximale peut être 99.999%. Bien sûr, il peut également produire du gaz n2 de faible pureté, tel que 98% et 99%. Mais le générateur d'azote à membrane a une pureté inférieure. Il produit généralement du gaz n2 d'une pureté allant jusqu'à 99.9%.

(3) L'application est différente

Le système PSA n2 a une large application dans le domaine industriel. De plus, il peut générer de l'azote gazeux avec une plage de pureté plus large. Ainsi, la plupart des industries utilisent la technologie de génération d’azote PSA. Et le générateur de membrane n2 présente également de nombreux avantages. Premièrement, il n'y a pas de bruit. Mais le premier a du bruit (moins de 70dB). Deuxièmement, Le générateur à membrane n2 a une petite taille et un petit poids. Troisièmement, ça va se faire’Je ne consomme pas d'électricité. Il a donc une large application en laboratoire, médical et dentaire. Outre, nous pouvons l'utiliser directement pour des occasions antidéflagrantes.

(4) Le coût de fonctionnement est différent

Le générateur d'azote PSA consommera de l'électricité et du gaz de régénération. Et il faut changer le tamis moléculaire en carbone tous les 4 à 5 jours. Son coût de fonctionnement est donc relativement élevé. Mais le générateur d'azote à membrane ne consommera pas d'électricité ni de gaz de régénération. Et la durée de vie de la membrane polymère peut aller jusqu'à 6 à 10 jours. Donc, son coût de fonctionnement est inférieur à celui du système PSA n2.

 

PSA vs générateur d'azote cryogénique

(1) Leurs principes de fonctionnement sont différents

Le premier principe est la génération d'azote par adsorption modulée en pression. Mais ce dernier principe est différent. L'azote et l'oxygène ont des points d'ébullition différents. Donc il sépare N2 et O2 par cette propriété. L'ensemble du processus de travail est effectué à température cryogénique. Pour plus d'informations, veuillez vous référer au principe de fonctionnement ci-dessus du générateur d'azote.

(2) Le processus de travail est différent

Le processus de production d’azote par adsorption modulée en pression est relativement simple. Le nombre d'équipements du système est inférieur. L'équipement principal comprend un compresseur d'air, Sèche-linge, générateur n2 et réservoir de stockage de gaz, etc..

Le processus de génération d'azote cryogénique est plus compliqué. Le nombre d'équipements du système est plus. L'équipement principal comprend des compresseurs d'air, refroidisseurs d'air, sécheurs de purification d'air, échangeur de chaleur, extenseur, tours de distillation, vaporisateurs, etc..

(3) La pureté est différente

N2 PSA peut produire une pureté maximale 99.999% gaz. Mais le générateur cryogénique de n2 peut produire du gaz avec plus de 99.999% pureté. De plus, ce dernier peut non seulement générer du gaz n2, mais produisent également de l'azote liquide.

(4) Leurs coûts sont différents

Évidemment, le coût d'approvisionnement de ce dernier est beaucoup plus élevé. De plus, l'installation et la maintenance sont relativement responsables. Les coûts de maintenance sont également relativement plus élevés.
En outre, la consommation d'énergie par unité de production d'azote est également différente. Pour la production d'azote de haute pureté (pureté au-dessus 99.9%), la consommation électrique des deux n'est pas très différente. Mais pour la production d'azote de moindre pureté, le premier a une évidence.
Ce qui précède est une comparaison des trois types de générateurs n2. Nous devons suivre les besoins spécifiques pour choisir le type. Pour plus d'informations sur le principe de fonctionnement du générateur d'azote, bienvenue à nous contacter.