1. Introduction à la PSA (adsorption par inversion de pression) pour la production d'azote

1. Introduction à la PSA (adsorption par variation de pression) pour la production d'azote

1.1 Adsorption par variation de pression

La méthode d'adsorption par variation de pression (PSA) est une technologie de séparation de gaz. En 1960, CW SKARSTROM aux États-Unis a obtenu le premier brevet pour la production d'oxygène par tamis moléculaire PSA. Par la suite, des pays tels que le Royaume-Uni, l'Allemagne et le Japon ont mené des recherches expérimentales approfondies. En 1970, UCC (Union Carbide Corporation) aux États-Unis a réalisé la première industrialisation et a longtemps occupé une position de leader dans le développement et l'application de la technologie PSA. En concurrence avec les méthodes de séparation traditionnelles, la méthode PSA a été continuellement améliorée et perfectionnée, entraînant un développement rapide.

1.2 Principe de fonctionnement

Le système de production d'azote PSA utilise l'air comme matière première et utilise un adsorbant solide hautement efficace et sélectif (tamis moléculaire de carbone) pour adsorber sélectivement l'azote et l'oxygène, les séparant 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 moléculaire de carbone. Les molécules de gaz de diamètre plus petit (oxygène) diffusent plus rapidement et pénètrent dans la phase solide du tamis moléculaire en plus grande quantité. De cette manière, un enrichissement en azote peut être obtenu dans la phase gazeuse. Après environ 2 minutes, l'adsorption de l'oxygène par le tamis moléculaire atteint l'équilibre. Sur la base de la caractéristique selon laquelle la capacité d'adsorption du tamis moléculaire de carbone varie sous différentes pressions, la pression est réduite pour désorber les molécules d'oxygène du tamis moléculaire de carbone ; ce processus est appelé régénération. L'adsorption par variation de pression (PSA) utilise généralement deux tours en parallèle, alternant entre adsorption sous pression et régénération sous décompression pour obtenir un approvisionnement continu en azote.

1.3 Aperçu du processus

Un système complet de production d'azote comprend : compresseur d'air (ensemble) — composants de purification de l'air comprimé — réservoir de stockage d'air — générateur d'azote PSA — réservoir tampon d'azote — réservoir de stockage d'azote (basse pression) — système de suralimentation en azote — réservoir de stockage d'azote (haute pression).

2 Introduction à l'équipement

2.1 Sélection du générateur d'azote

La sélection d'un générateur d'azote implique de nombreux problèmes. Premièrement, des recherches de marché approfondies sont nécessaires pour déterminer le modèle et les spécifications spécifiques (capacité de production d'azote, pureté de l'azote, pression de sortie et point de rosée, etc.). Une analyse comparative complète des performances et des caractéristiques des générateurs d'azote doit être effectuée, et la sélection correcte doit être faite en fonction de l'environnement de travail local.

3. Le système de contrôle électrique de production et d'exploitation du générateur d'azote

contrôle le timing selon un programme spécifique, effectuant alternativement l'adsorption sous pression et la régénération sous décompression, et le processus de production de gaz fonctionne automatiquement. Le débit d'azote, la pression et la pureté sont réglables et affichés en continu.

3.1 Inspection du personnel et points clés

Lors de l'inspection du générateur d'azote, l'opérateur doit prêter attention aux aspects suivants : (1) Tout d'abord, vérifier si la pureté de l'azote et le point de rosée répondent aux exigences, puis vérifier si l'adsorption et la régénération peuvent être effectuées normalement ; (2) Vérifier si l'alimentation électrique, la source de gaz, la source d'eau et les conditions de température requises par la machine sont normales ; (3) Observer la pression du réservoir de stockage d'air et maintenir la pression du réservoir de stockage d'air entre 0,7 et 0,75 MPa. Ne pas descendre en dessous de la valeur nominale ; (4) Vérifier le drain automatique à chaque fois pour éviter un blocage ou des dommages qui entraîneraient une perte de sa fonction de drainage ; (5) Vérifier régulièrement le dissipateur thermique du sécheur réfrigéré pour éviter d'affecter l'efficacité et la durée de vie du sécheur en raison d'une mauvaise dissipation thermique ; (6) Maintenance périodique du filtre de précision basée principalement sur l'état d'utilisation du filtre et remplacement régulier de l'élément filtrant. Vous pouvez vous référer aux méthodes et mesures de maintenance périodique recommandées par le fabricant du filtre pour entretenir le filtre ; (7) Calibrer l'analyseur d'oxygène et le vérifier chaque mois. Si la teneur en oxygène est supérieure à la valeur nominale, il faut considérer si la sonde d'oxygène a atteint la fin de sa durée de vie et remplacer la sonde d'oxygène en temps voulu. Il est recommandé que le cycle de remplacement soit de 1 an. (8) Vérifier régulièrement la sensibilité de la vanne solénoïde et de la vanne pneumatique, la plage de pression de la vanne de régulation, la précision de l'analyseur de gaz, l'état de serrage de la tour d'adsorption, l'état d'échappement du silencieux, la propreté du tube intérieur du débitmètre, etc., et résoudre tout problème pour assurer le fonctionnement normal de l'équipement.

4. Maintenance et entretien du générateur d'azote

4.1 Compresseur d'air (à vis)

Le compresseur d'air (ensemble) fournit l'air comprimé nécessaire au générateur d'azote à adsorption par variation de pression PSA. Son débit, sa pression et ses autres exigences sont déterminés en fonction de la consommation d'air du générateur d'azote à adsorption par variation de pression PSA. L'efficacité (consommation) de l'unité d'adsorption par variation de pression PSA sera principalement déterminée par les performances du tamis moléculaire, le flux de processus et la structure de l'adsorbeur. Le compresseur d'air doit répondre aux exigences suivantes : (1) débit d'air ≥ 16,5 m3/min ; (2) pression de sortie d'air entre 0,8 et 0,98 MPa ; (3) teneur en huile ≤ 3 ppm ; (4) température ≤ 45℃.

En utilisation pratique, les vérifications quotidiennes du compresseur d'air comprennent : température de fonctionnement (≤ 105℃), pression de travail (0,8~1,0 MPa), pression d'eau (0,3~0,6 MPa), etc. Les vérifications mensuelles comprennent le niveau d'huile, l'absence de fuite aux raccords de tuyauterie, etc. La maintenance trimestrielle comprend le nettoyage du filtre d'admission, le nettoyage de l'élément filtrant à air, et la vérification des connecteurs, etc. La maintenance annuelle est effectuée par des ingénieurs professionnels INGERSOLL RAND conformément au "Manuel de maintenance" du produit Ingersoll RAND. En utilisation quotidienne, il convient de suivre les recommandations et priorités de maintenance du manuel : (1) effectuer la maintenance selon l'affichage du contrôleur ; (2) effectuer la maintenance une fois par an. En cas de défaut général de l'équipement, le responsable de l'équipement doit le dépanner selon les instructions de dépannage du manuel. Si le défaut ne peut pas être résolu, veuillez contacter les ingénieurs professionnels INGESOLL RAND pour obtenir de l'aide.

Le principal facteur affectant les performances d'un compresseur d'air est la température, et les principaux facteurs affectant la température (sous pression et débit constants) comprennent la saison, la température de l'eau et la qualité de l'eau. Les tuyaux d'eau de refroidissement de cet équipement sont conçus pour utiliser de l'eau du robinet avec un diamètre d'entrée et de sortie de 40 mm, avec une consommation d'eau d'environ 9 t/h directement évacuée. Sans recyclage de l'eau, ce serait un gaspillage important. Le recyclage de l'eau de refroidissement pour une utilisation secondaire nécessiterait également un investissement financier substantiel (la dureté de l'eau locale est comprise entre 380 et 410 mg/L). L'été est la période la plus difficile pour les compresseurs d'air, et elle sert également de test pour l'adéquation du choix initial du type de refroidisseur. Dans les générateurs d'azote PSA (adsorption par variation de pression), le compresseur d'air nécessite le plus gros investissement en maintenance et entretien de l'équipement. Des recherches de marché et une planification approfondies sont essentielles avant de choisir ce type de méthode de production d'azote.

4.2 Sécheur réfrigéré

(Modèle/Spécification : IDS -150AC ; 20Nm3/min) Les inspections quotidiennes comprennent : s'assurer que le condensat et les eaux usées évacués du sécheur réfrigéré 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 normales ; la maintenance comprend le soufflage régulier du radiateur (surtout au printemps et en été pour éviter les problèmes de dissipation thermique), le nettoyage de la sortie de vidange, et le remplacement régulier (généralement tous les 12 mois) des trois filtres (modèles : filtre 3 étages XF3-44, filtre 7 étages XF7-44, filtre 9 étages XF9-44) ; la sélection, la méthode d'installation, l'emplacement d'installation et la saison du sécheur réfrigéré ont tous un impact certain sur ses performances de déshuilage et de déshydratation.

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 aux performances de déshuilage et de déshydratation du sécheur réfrigéré. 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 d'oxygène et d'azote — Tour d'adsorption à tamis moléculaire :

Le tamis moléculaire de carbone est le cœur du générateur d'azote à adsorption par variation de pression. Ses indicateurs de performance comprennent : dureté, production d'azote (Nm3/h), taux de récupération (N2/Air)%, et densité d'emballage. Pendant l'utilisation, éviter la surchauffe qui affecte l'effet d'adsorption et un flux d'air puissant qui provoque la pulvérisation du tamis moléculaire.

4.5 Détecteurs de gaz

: (1) Analyseur de pureté d'azote (azote général) : 0~1000 ppm P860 4N Changai ; (2) Analyseur de pureté d'oxygène (haute pureté) : 0~100 ppm O2 GNL-9100 Changai. Retourner les instruments au fabricant chaque année pour tester et calibrer les sondes de capteur conformément au manuel d'instructions. Vérifier et enquêter sur toute anomalie constatée lors de la maintenance de routine.

4.6 Réservoirs de stockage de gaz :

En tant qu'équipement de stockage du produit, effectuer des auto-inspections mensuelles et des auto-inspections annuelles. Externaliser les essais non destructifs par le bureau de surveillance technique tous les 3 ans. Après 6 ans, lorsque la durée de vie de conception est atteinte, déterminer si le réservoir doit continuer à être utilisé ou mis au rebut en fonction des résultats de l'inspection.

5. Conclusion

La maintenance et l'entretien sont essentiels pour assurer le fonctionnement normal d'un générateur d'azote PSA. En tant qu'équipement de service public, le fonctionnement stable d'un générateur d'azote PSA est une condition préalable et une garantie pour les expériences industrielles de l'unité. Une maintenance et un entretien rapides de chaque unité de l'équipement peuvent prévenir les dysfonctionnements, prolonger la durée de vie de l'équipement et améliorer l'efficacité énergétique.