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Azote : choisir sa technologie de production

La rédaction
Si l'utilisation de l'azote comme gaz industriel est bien maîtrisée par les responsables de process industriels, le contrôle du niveau des investissements et des coûts de fonctionnement demande une bonne connaissance des différents modes d'approvisionnement et des technologies utilisées pour le produire, afin de choisir l'installation la plus adaptée à leurs besoins.

L'azote est utilisé dans de nombreux secteurs industriels soit comme gaz inerte pour assurer la sécurité d'installations utilisant des produits chimiques ou générant des poussières combustibles, soit comme gaz de protection pour éviter l'oxydation ou la contamination de produits, soit comme produit de nettoyage pour éliminer des contaminants en cours de processus par décapage ou barbotage, soit enfin comme liquide cryogénique dans les industries de process. Il facilite une multitude d'applications commerciales et techniques. La quasi-totalité des industries peut bénéficier de ses propriétés uniques pour améliorer leurs rendements, optimiser leurs performances, préserver la qualité des produits et sécuriser leurs procédés de production. Toutefois il faut le manipuler et l'utiliser avec précaution. Bien que non toxique et largement inerte, il peut agir comme asphyxiant en réduisant le taux d'oxygène dans l'air d'un volume fermé à un niveau inférieur à celui nécessaire à la survie.

L'usage de plus en plus répandu de l'azote dans l'industrie a incité les spécialistes des gaz industriels à améliorer sans cesse leurs méthodes de production et de fourniture afin de les rendre plus efficaces, rentables et pratiques pour leurs clients. Il existe de ce fait aujourd'hui de multiples techniques et modes de fournitures susceptibles de répondre à un large éventail d'exigences. Faire son choix parmi toutes les solutions proposées peut donc être difficile. Cette démarche implique notamment de bien mesurer, ou évaluer dans le cadre d'un nouveau processus industriel à mettre en place, le niveau de pureté et le profil de flux nécessaires pour dimensionner correctement l'installation, afin de limiter les investissements et les coûts d'exploitation.

1. PRODUIRE DE L'AZOTE GAZEUX

L'azote industriel peut être produit soit par distillation fractionnelle cryogénique de l'air liquéfié, soit par séparation de l'air gazeux en utilisant l'adsorption ou la perméation.

La distillation cryogénique de l'air, la plus ancienne méthode employée pour produire de l'azote, a été mise au point par l'ingénieur allemand Carl Von Linde en 1895. On comprime l'air, puis on le décomprime rapidement, ce qui le refroidit et le liquéfie. En réchauffant progressivement cet air liquide et en jouant sur les températures d'ébullition différentes, on sépare alors l'azote et l'oxygène.

Au fil des années, cette technique a été affinée, notamment par le français Georges Claude, fondateur d'Air liquide. Elle est aujourd'hui utilisée dans les plus grandes usines de séparation d'air et représente de 65 à 70 % de la production mondiale d'azote.

Mais dès le début des années quarante, le concept de gaz industriels produits ''sur site" a été introduit sur le marché par Leonard Pool, le fondateur d'Air Products, afin de répondre aux besoins des industriels ayant des consommations importantes. Les usines cryogéniques étaient construites sur le site de l'utilisateur ou à proximité et le produit lui était livré par pipeline. Cette méthode permettait à de gros consommateurs de gaz industriels de réduire de manière significative le coût du produit, de l'ordre de 50 %, tout en leur assurant une source d'approvisionnement très fiable. Cependant, du fait du montant relativement élevé de l'investissement et des coûts énergétiques de ces unités cryogéniques sur site, les consommateurs de plus petits volumes étaient obligés d'avoir recours à des livraisons d'azote liquide par camions citernes avec un stockage sur site. L'azote était ensuite vaporisé et conduit par canalisation au point d'utilisation au gré des besoins.

Dans les années quatre-vingt, de nouvelles méthodes de production sur site, comme le procédé PSA (Pressure swing adsorption - adsorption modulée en pression) ou la séparation membranaire, ont été mises en pratique. Ces systèmes produisent directement de l'azote gazeux. Au début, ils convenaient seulement pour des petits volumes de faible pureté. Aujourd'hui, les systèmes PSA et membranaires constituent un mode de fourniture attractif pour une large gamme de volumes, de puretés et d'applications. Les premiers fonctionnent sur le principe de[…]

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