Générateurs d’azote pour l’industrie chimique
Les générateurs d’azote NITROBERG® alimentent les installations chimiques en gaz inerte à partir de votre propre air comprimé, du ciel d’azote sur les cuves à la purge de lignes entières, avec une pureté réglable entre 97 % et 99,999 %. Que la production sur site soit plus avantageuse que la livraison en citerne ou en bouteilles dépend du volume, du profil de consommation et du niveau de pureté. Ces trois mêmes grandeurs mènent de la liste de vos consommateurs à la taille de la machine.
Ce qu’un générateur d’azote alimente dans une installation chimique
Dans une installation chimique, l’azote tient l’oxygène à l’écart de tout ce qui réagirait avec lui. Quatre tâches portent la consommation. Il forme le ciel d’azote au-dessus des solvants et des produits stockés en cuves et en silos, et il inerte les réacteurs lorsque la chimie est sensible à l’oxygène. Il purge aussi les capacités et les conduites après nettoyage, et il dégaze les tronçons d’installation avant les travaux de maintenance et avant toute pénétration.
Ce qui détermine la question de l’approvisionnement en chimie, c’est le volume et la durée, pas la pureté de pointe. Le ciel d’azote et la purge fonctionnent en continu et représentent la plus grande part de la consommation, tandis que la pureté élevée ne tient le plus souvent qu’à un seul procédé. Le volume décide donc de l’installation, et le procédé isolé décide de la pureté.
Le gaz est produit à partir d’air comprimé, et comme la séparation a lieu sur le tamis moléculaire au carbone, chaque niveau de pureté se répercute directement sur le besoin en air comprimé. C’est le levier dont traite la section suivante. Le déroulement précis du procédé est décrit sur la page du générateur d’azote PSA, et l’article dédié explique pourquoi le tamis moléculaire au carbone limite vers le haut la pureté atteignable.
Quel procédé exige quelle pureté, et lequel tire le volume
Sur un site chimique qui s’est développé au fil des ans, l’indication de pureté figure souvent depuis des années dans la documentation de l’installation, fixée pour le seul procédé qui en avait besoin à l’époque. Depuis, elle alimente tout le reste. Les valeurs du tableau suivant sont des valeurs usuelles de la pratique et servent de point de départ pour y confronter votre propre indication. Ce qui fait foi au bout du compte, ce sont vos données de substances et votre évaluation des risques.
| Procédé | Pureté usuelle | Rôle de l’azote | Facteur déterminant |
|---|---|---|---|
| Ciel d’azote sur cuves de stockage, cuves de procédé et silos | 99,9 % | Maintient le ciel gazeux sous le domaine d’inflammabilité et protège le produit de l’oxydation | Volume |
| Inertage des réacteurs | 99,9 à 99,99 % | Maintient une atmosphère inerte au-dessus d’une chimie sensible à l’oxygène | Pureté |
| Purge des capacités et des conduites | 99,9 % | Élimine l’air résiduel et l’humidité après nettoyage et avant redémarrage | Volume |
| Dégazage avant maintenance et pénétration | 99,9 % | Chasse les résidus inflammables avant ouverture ou pénétration | Volume |
| Récupération de solvants | 99,9 % | Sert de gaz inerte porteur lors de la condensation et de la récupération | Volume |
| Manipulation de catalyseurs | 99,9 à 99,99 % | Protège de la désactivation et de l’auto-inflammation lors du transvasement | Pureté |
| Production de polymères | 99,9 à 99,99 % | Inerte la réaction, le dégazage et le stockage des granulés | Pureté |
| Transport pneumatique de poudres et de produits en vrac | 99,9 % | Convoie sans qu’une atmosphère inflammable se forme | Volume |
La dernière colonne est déterminante. Sur huit lignes, cinq portent la mention Volume, et c’est précisément ce qui distingue la chimie de la production pharmaceutique. Les procédés qui tournent en permanence fixent la taille de l’installation. La pureté provient de trois procédés, et ceux-ci peuvent être alimentés séparément.
Comment le niveau de pureté détermine le compresseur
La pureté n’est pas gratuite. Chaque mètre cube d’azote coûte une quantité fixe d’air comprimé, et ce rapport, le facteur air, augmente fortement au-delà de 99,9 %. Il dépend uniquement de la pureté réglée, pas de la taille de la machine.
| Pureté | 97 % | 98 % | 99 % | 99,5 % | 99,9 % | 99,99 % | 99,995 % | 99,999 % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Qualité | – | – | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 4.0 | 4.5 | 5.0 |
| Oxygène résiduel | – | – | 10 000 ppm | 5 000 ppm | 1 000 ppm | 100 ppm | 50 ppm | 10 ppm |
| Facteur air | 2,3 | 2,3 | 2,6 | 2,9 | 3,4 | 4,6 | 5,2 | 6,4 |
Pour 97 % et 98 %, la fiche technique n’indique ni qualité ni valeur d’oxygène résiduel.
Un site chimique avec un besoin permanent de 150 Nm³/h pour le ciel d’azote et la purge consomme environ 510 Nm³/h d’air comprimé à 99,9 %. Porté à 99,999 %, le même volume en exige environ 960 Nm³/h, soit presque le double du compresseur et presque le double de la puissance électrique. Le générateur monte en outre de plusieurs tailles, parce que la même machine fournit nettement moins à pureté élevée.
Il s’agit d’un calcul de modèle fondé sur les facteurs air de la fiche technique et non d’une valeur de projet, mais l’ordre de grandeur vaut pour tout site. D’où l’intérêt d’alimenter séparément un procédé isolé à forte exigence plutôt que de relever le niveau de tout le site.
Du profil de charge à la taille du générateur d’azote
La taille ne découle pas du volume annuel, mais du profil de charge. Le ciel d’azote tire en permanence la même petite quantité, un cycle de purge en tire un multiple pendant quelques minutes, une ligne de conditionnement peu et de façon constante. Voici l’ordre dans lequel passer de vos consommateurs à la machine.
Relever chaque consommateur séparément
Relevez séparément le parc de cuves, les réacteurs, les postes de purge, les conduites de transport et le conditionnement, chacun avec son volume, sa durée et son profil dans le temps. Un cycle de purge est une pointe, pas une charge permanente. Additionner toutes les pointes conduit à une taille que la marche normale n’exploitera jamais.
Fixer la pureté par procédé
Confrontez l’exigence la plus élevée de votre liste au tableau ci-dessus et calculez avec le facteur air ce qu’elle coûte si elle s’applique à tout le site. Une seconde alimentation, plus petite, dédiée à ce seul procédé revient souvent moins cher.
Absorber les pointes de purge par le réservoir tampon, pas par la taille
Une pointe de quelques minutes est absorbée par le réservoir d’azote, et non par la machine de taille supérieure. Sur l’ensemble de la gamme, les réservoirs d’azote vont de 90 l à 6 000 l et les réservoirs d’air comprimé de 90 l à 10 000 l. N’est utilisable que la quantité comprise entre la pression de stockage et la pression de procédé.
Vérifier l’air comprimé, en volume et en qualité
Le besoin multiplié par le facteur air donne le débit d’air comprimé nécessaire, et il doit être comparé à la capacité disponible de votre centrale avant de figer une taille. Raisonnez sur le cas défavorable : une consommation permanente supplémentaire de l’ordre de grandeur du calcul ci-dessus dépasse régulièrement la réserve d’une centrale qui s’est développée au fil des ans, et l’extension du côté air comprimé fait alors partie de l’investissement, ce n’est pas un poste annexe. Pour une première estimation, le débit indiqué sur la plaque signalétique de vos compresseurs et le taux de charge réel relevé sur l’automate suffisent. En chimie s’ajoute une question que les autres secteurs ne connaissent pas : où le compresseur aspire-t-il ? Des vapeurs de solvants dans l’air aspiré sollicitent davantage le traitement, et les résidus d’huile et l’humidité résiduelle raccourcissent la durée de vie du tamis moléculaire au carbone. S’y ajoutent la surface d’implantation, l’air de ventilation et la chaleur dissipée dans le local des compresseurs.
Vous recevez en retour la taille, le besoin en air comprimé et le volume tampon.
Une ligne par consommateur, avec volume, durée et pureté, suffit. Nos ingénieurs d’application calculent le dimensionnement et reviennent vers vous avec une proposition.
Protection contre les explosions et obligations de l’exploitant
En chimie, la protection contre les explosions est une obligation de l’exploitant, et l’inertage est le moyen technique par lequel il la remplit. C’est donc en partie ici que se décide la quantité d’azote dont un site a besoin.
C’est la concentration limite en oxygène qui décide, pas la fiche technique
En dessous d’une concentration en oxygène propre à chaque substance, un mélange n’est plus inflammable, et la pratique d’exploitation travaille avec une marge de sécurité sous cette valeur. Celle-ci varie fortement entre solvants, gaz et poussières, il n’existe pas de valeur universelle. Elle provient des données de sécurité de la substance et de votre évaluation des risques.
En Allemagne, l’article 12 du règlement sur les substances dangereuses (Gefahrstoffverordnung) fixe l’ordre de priorité des mesures de protection : éviter d’abord les quantités ou concentrations dangereuses de substances dangereuses, puis les sources d’inflammation et les conditions déclenchantes, et seulement ensuite réduire les effets nocifs. L’inertage met techniquement en œuvre le premier niveau de cet ordre de priorité. Le texte ne la mentionne pas littéralement, le rattachement découle de l’ordre de priorité.
Surveillance de l’oxygène, parce que l’azote chasse l’oxygène
L’azote n’est ni combustible ni toxique, et c’est précisément pour cela que son véritable danger est sous-estimé. Il chasse l’oxygène. Dans les locaux d’implantation, et plus encore dans les capacités où l’on pénètre, une surveillance de l’oxygène est donc nécessaire, et la pénétration suit les règles applicables aux travaux en espace confiné. La référence reconnue du secteur est le document EIGA Doc 44, « Hazards of inert gases and oxygen depletion ».
Les obligations restent du ressort de l’exploitant. Le générateur fournit le gaz inerte qui permet de les remplir, et le dimensionnement fixe le volume et la pureté qui arrivent au point de soutirage.
Il en découle une question qui se pose avant la taille, et non après. Là où l’inertage porte une mesure de protection, la disponibilité de la source d’azote relève de la même évaluation des risques que la mesure elle-même. Le réservoir tampon couvre alors des minutes, pas des heures. Le niveau de repli nécessaire au-delà, et la question de savoir si le procédé en a besoin, se décident d’après vos substances et votre mode de conduite, et cette décision appartient à la planification de l’installation, avant le choix d’une machine.
Production sur site ou livraison en citerne pour les sites chimiques
Le mode d’approvisionnement classique est l’azote liquide livré en citerne ou le cadre de bouteilles. L’un comme l’autre dépendent d’un contrat de fourniture, de révisions tarifaires annuelles et de délais. Pour un besoin faible et très variable et pour des pointes rares, la livraison reste la bonne réponse. Pour une charge permanente élevée, cas normal en chimie, le calcul bascule vers la production sur site, et c’est le dimensionnement qui montre à partir de quel point, à partir du volume annuel et du profil de charge. Un risque de prix est alors échangé contre un autre : au lieu de la révision annuelle de votre fournisseur de gaz, vous portez le prix de l’électricité. Mais l’électricité, vous l’achetez de toute façon, vous connaissez vos conditions, et vous n’êtes pas lié à un fournisseur unique avec obligation d’achat.
La facture de gaz devient un poste calculable
La facture de gaz courante se transforme en un investissement et en une consommation électrique qui se calcule. En charge élevée et régulière, l’amortissement face à l’approvisionnement en azote liquide se situe typiquement entre deux et trois ans. La comparaison porte sur la production sur site face à l’achat courant d’azote liquide ; une extension de votre centrale d’air comprimé n’est pas comprise dans cette fourchette et relève de votre propre calcul. Une citerne perd en outre du produit par évaporation, même lorsque vous ne soutirez pas.
Pièces d’usure disponibles pour la date de maintenance
Les filtres et les composants standard s’achètent sur le marché libre, où vous voulez. Cela se joue moins sur le prix que sur la date : les pièces que tout distributeur tient en stock arrivent dans votre fenêtre de maintenance, au lieu d’attendre une livraison du constructeur.
Du volume sans contrat de fourniture
Le volume disponible dépend du compresseur et de votre propre besoin, pas d’un contrat d’achat ni d’une date de livraison. Si votre profil de charge change, vous modifiez votre mode de conduite au lieu de renégocier des conditions après coup.
Accès direct au bureau d’études
Les questions de dimensionnement vont au bureau d’études et non à un centre d’appels, joignable au +49 2151 568 9550. Livraison, mise en service, formation et service viennent d’une seule main au sein du BERG Group, la garantie court sur trois ans et jusqu’à cinq avec un contrat de service.
Quel générateur d’azote pour quel débit
500 et 4000 sont des désignations de type, pas des indications de performance. Entre ces deux extrémités se situent 18 tailles qui couvrent de 4,1 à 654,9 Nm³/h à 99,9 % de pureté, avec des écarts d’autant plus faibles. Le débit utile dépend de la pureté réglée, c’est pourquoi le tableau ci-dessous donne la plage par pureté et non une valeur unique.
| Caractéristique | Taille 500 | Taille 4000 |
|---|---|---|
| Azote à 97 % | 10,7 Nm³/h | 1 709,1 Nm³/h |
| Azote à 99,9 % | 4,1 Nm³/h | 654,9 Nm³/h |
| Azote à 99,999 % | 1,2 Nm³/h | 191,7 Nm³/h |
| Besoin en air comprimé à 99,9 % | 13,9 Nm³/h | 2 226,6 Nm³/h |
| Réservoir d’azote | 90 l | 6 000 l |
| Réservoir d’air comprimé | 90 l | 10 000 l |
Le point de fonctionnement de la plupart des sites chimiques se situe à 99,9 %. Les puretés élevées coûtent du débit utile, de l’air comprimé et donc de la taille : à 99,999 %, la même machine fournit environ un neuvième du volume possible à 97 %. Le système complet avec compresseur, traitement et stockage est présenté sur la page du package de production d’azote, et la vue d’ensemble des produits situe la gamme dans son contexte.
Questions fréquentes de l’industrie chimique
Inerter signifie chasser l’oxygène d’une capacité, d’un réacteur ou d’une conduite au point qu’un mélange ne soit plus inflammable. De l’azote est injecté jusqu’à ce que l’oxygène résiduel passe sous la concentration limite propre à la substance, puis cet état est maintenu. Lorsque le gaz reste en permanence au-dessus du produit, on parle de ciel d’azote, et d’inertage de cuve pour les cuves de stockage et de procédé.
Non. L’azote ne brûle pas, il retire au contraire son inflammabilité à une atmosphère, et c’est précisément sur cela que repose l’inertage. Le danger est ailleurs : l’azote chasse l’oxygène, et dans un local d’implantation ou dans une capacité, l’atmosphère peut ainsi s’appauvrir en oxygène sans que personne ne s’en aperçoive. Les conséquences pour l’exploitation sont décrites plus haut, dans la section consacrée à la protection contre les explosions.
Le prix dépend de deux grandeurs : le volume dont le site a besoin en permanence et la pureté qu’exige le procédé le plus contraignant. Les deux entrent dans la taille, la pureté entre en outre dans le besoin en air comprimé et donc dans la consommation électrique. Seul un dimensionnement est donc fiable, pas un prix catalogue. Face à l’approvisionnement en azote liquide, l’amortissement se situe typiquement entre deux et trois ans, et plus la charge est régulière et élevée, plus vite le calcul devient favorable.
Oui, et c’est dans bien des cas la solution la plus économique. Deux voies y mènent : le volume principal tourne à 99,9 % et le procédé exigeant reçoit sa propre alimentation, plus petite. Ou bien il est alimenté par une ligne distincte à pureté plus élevée. C’est la part de volume de ce seul procédé qui détermine la voie la moins chère. Si elle est faible, la séparation est presque toujours rentable, car le facteur air s’appliquerait sinon à la totalité du volume à la valeur la plus élevée.
Par le réservoir tampon. Le générateur produit de façon régulière, la pointe dure quelques minutes, et le réservoir d’azote absorbe la différence avant d’être rempli de nouveau entre deux pointes. Un tampon couvre ainsi des minutes, pas des heures. Ce n’est pas tout le volume du réservoir qui est utilisable, mais seulement la quantité comprise entre la pression de stockage et la pression de procédé. Taille du réservoir et pression de stockage se décident donc ensemble.
Oui, l’air comprimé est la condition de base. En chimie, la centrale est toutefois presque toujours déjà en place, si bien que la question n’est généralement pas de savoir s’il y a un compresseur, mais si sa capacité disponible suffit. Multipliez votre besoin en azote par le facteur air, compris entre 2,3 à 97 % et 6,4 à 99,999 %, et comparez le résultat à la réserve de votre centrale. Là où aucune centrale n’existe, les tailles 500 à 900 sont disponibles en système complet sur skid, qui apporte la production et le traitement de l’air comprimé.
Pour la chimie, PSA. La limite se situe autour de 99,9 % : au-dessus, la PSA est le procédé de choix, et c’est le cas normal en chimie. La séparation par membrane est plus compacte et plus rapidement opérationnelle, mais atteint typiquement des puretés plus faibles. En dessous de cette limite, la comparaison vaut la peine, car la membrane peut y fonctionner avec moins d’air comprimé.
Les interruptions courtes sont couvertes par le réservoir d’azote, et sa tenue dépend de son volume et de votre consommation. Il s’agit de minutes, pas d’heures. Au-delà, un concept de secours relève de la planification, et c’est le procédé qui en décide : une charge qui ne doit pas être interrompue pose d’autres exigences qu’un ciel d’azote qui tolère une pause. Si l’inertage porte à cet endroit une mesure de protection, le niveau de repli n’est pas une question de confort, il relève de votre évaluation des risques. Tampon et secours se fixent donc avec la planification de l’installation, et non après coup. Service et pièces de rechange viennent d’une seule main au sein du BERG Group.