Production d'oxygène par PSA

L'oxygène est utilisé dans les industries de procédé comme réactif dans des procédés nécessitant une réaction d'oxydation.

L'oxygène est traditionellement produit conjointement à l'azote, par distillation cryogènique de l'air.  Ceci est généralement réalisé dans des installations centralisées et l'oxygène est distribué aux utilisateurs sous forme liquide à basse température ou gazeuse sous pression, en citernes ou par pipelines.

C'est dans les années 1980 que des méthodes alternatives à la cryogénie sont apparues pour produire de l'oxygène et l'azote, par séparation des constituants de l'air, sur les sites d'utilisations.
Ces nouvelles techniques sont essentiellement appel à l'adsorption (PSA pour Pressure Swing Adsorption) ou à sa variante (VSA pour Vacuum Swing Adsorption).

Description du schéma VSA

La séparation de l'oxygène de l'air peut utiliser deux principes d'adsorption:

• PSA: comme pour la production d'azote, l'air est comprimé puis traité par des ballons adsorbeur remplis de tamis moléculaire. L'azote est retenu, et l'oxygène traverse.
• VSA (voir schéma ci-joint): dans ce cas l'air est traité par le ballons adsorbeurs à une pression proche de l'atmosphère. La désorption est menées sous vide.

L'air est légèrement comprimé pour alimenter les adsorbeurs opérant à une pression proche de la pression atmosphérique. L'oxygène non adsorbé traverse le ballon et est repris par un compresseur qui porte la pression à la valeur requise pour l'utilisation.
L'adsorbant est ensuite régénéré par dépression produite par une pompe à vide. L'azote désorbé est repris par un compresseur pour alimenter un réseau d'utilisateurs. L'azote produit provenant de la désorption, il concentre les impuretés telles que CO₂ et humidité.

L'adsorbant

Les zéolithes sont des composés alumino silicates hydratés. Ils sont de type Na (sodium), Ca (calcium) ou Li (lithium), selon l'ion présent dans leur structure. Leur capacité d'adsorption de l'azote en dépend. Elle va croissant du type Na au type Li. Ces derniers sont les mieux adaptés à l'adsorption de l'azote et autorisent un volume réduit d'adsorbant.