Séparation de l'air par adsorption

Le procédé d'adsorption est un processus non cryogénique[1], ce processus basé sur la capacité de certains matériaux naturels et synthétiques à adsorber préférentiellement soit l'azote soit l'oxygène. En général, cette technologie est principalement utilisée pour produire soit de l'azote, soit de l'oxygène. De manière simple, une compression de l'air a lieu puis il traverse une cuve qui contient des matériaux adsorbants dans lesquels ils adsorbent le composant souhaité.

Dans ce procédé, le choix de l'adsorbant approprié repose directement sur ses caractéristiques d'adsorption et les produits finaux souhaités, dans lesquels ses caractéristiques doivent garantir que seuls quelques composants (souhaités) de l'air sont capturés par l'adsorbant.

Habituellement, les usines de production d'oxygène qui utilisent la technologie d'adsorption utilisent des tamis moléculaires de zéolite comme moyen d'adsorber l'azote, le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau résiduelle en plus d'autres gaz, par conséquent, ce processus garantit l'obtention d'oxygène avec une pureté dans la gamme de 93 % à 95 %, ce pourcentage varie en fonction de la teneur en argon, qui est généralement de l'ordre de 4,5 % à 5 %.

En revanche, les usines de production d'azote qui utilisent la technologie d'adsorption utilisent un matériau de tamis moléculaire à charbon actif qui agit sur l'élimination de l'oxygène et d'autres composants indésirables par adsorption.

Certaines usines utilisent une unité "de-oxo", cette unité combine catalytiquement l'hydrogène avec l'oxygène comme moyen de produire de l'eau dans le "produit" d'azote après le processus d'adsorption. Après cela, l'eau est éliminée par refroidissement et adsorption supplémentaire.

Habituellement, l'azote produit a une pureté qui varie entre 95 % et 99,5 %, cette pureté dépend de la taille de l'équipement et du rapport entre l'alimentation en air et le produit.

Pour le principe de fonctionnement de ce procédé, de manière simple, l'air sous pression circule dans une cuve qui contient le lit d'adsorbant. A travers la cuve, l'azote/oxygène est adsorbé et un flux d'effluent riche en oxygène/azote est produit jusqu'à ce que le lit d'adsorbant soit saturé en azote/oxygène.

À ce stade, l'alimentation en air est commutée vers le récipient frais suivant et le procédé de régénération du lit d'adsorbant dans le premier récipient démarre. Le procédé de régénération peut être accompli en chauffant le lit d'adsorbant ou en réduisant la pression dans le lit d'adsorbant, ce qui réduit la capacité de rétention d'azote/oxygène à l'équilibre de l'adsorbant, le premier processus étant communément appelé adsorption modulée en température « temperature swing adsorption » (TSA), tandis que le second celle basée sur la réduction de pression est communément connue sous le nom : d'adsorption modulée en pression ou sous vide « pressure or vacuum swing adsorption » (PSA ou VSA). La figure suivante montre un diagramme schématique d'un processus d'adsorption typique.

Figure 17. Procédé de séparation de l'air basé sur la technologie d'adsorption