Une usine de séparation d’air est une installation industrielle qui sépare l’air naturel, ou l’air atmosphérique, en ses gaz composants. Les gaz récoltés dans le processus comprennent l’oxygène, l’azote et l’argon, ainsi que certains gaz inertes tels que le néon, le xénon et le krypton. Étant donné que l’azote et l’oxygène sont les deux gaz les plus courants dans l’atmosphère terrestre, ces deux éléments constituent la majeure partie des gaz récoltés dans ce processus.
Le procédé utilisé dans une usine de séparation d’air est appelé distillation cryogénique. En refroidissant l’air atmosphérique à des températures extrêmement basses, les gaz composants peuvent être séparés et récupérés. Des formes liquides d’azote ou d’oxygène peuvent également être récoltées dans certaines usines.
Le processus de distillation cryogénique est une procédure en quatre étapes. Dans la première étape, l’air atmosphérique est nettoyé et comprimé à une plage de pression de 5 à 10 bars (4-9 atmosphères). Le processus de nettoyage élimine la poussière et les contaminants qui pourraient interférer avec le processus de refroidissement. Le processus de compression chauffe l’air pour éliminer les traces d’humidité avant de faire passer l’air comprimé vers un échangeur de chaleur pour refroidissement.
Une fois l’air comprimé refroidi, l’étape suivante est la purification. Ce processus consiste à faire passer l’air à travers un tamis moléculaire, qui filtre l’air par un processus appelé adsorption. Dans ce processus, des gaz ou des molécules sont attirés vers une surface adsorbante et forment une couche au-dessus du matériau adsorbant. Les tamis moléculaires sont conçus pour éliminer le dioxyde de carbone, l’eau et les gaz d’hydrocarbures.
Une fois l’air purifié, il peut être acheminé en toute sécurité vers la chambre de refroidissement et de distillation. La chambre de refroidissement se compose d’un échangeur de chaleur et de flux cryogéniques. Lorsque l’air traverse cette chambre, il atteint des températures suffisamment basses pour permettre la distillation des gaz composants.
La distillation de l’air se produit dans la colonne de distillation. Selon les gaz à récolter, l’air peut traverser plus d’une colonne de distillation. Ce composant utilise un réfrigérant et un détendeur ou une vanne pour générer un effet Joule-Thomson, qui fait que les gaz composants de l’air se refroidissent et atteignent un état liquide. Les gaz liquéfiés sont ensuite collectés et réchauffés à température ambiante pour stockage ou utilisation.
Les gaz produits par une installation de séparation d’air sont utilisés dans de nombreux procédés industriels. Dans certains cas, ces formes gazeuses de ces éléments sont transportées vers les utilisateurs industriels via des canalisations directes. Dans d’autres cas, les éléments récoltés peuvent être stockés sous forme liquide ou gazeuse pour un transport et une utilisation ultérieurs. De plus grandes quantités de gaz distillés sont généralement transportées sous leur forme liquide par des camions-citernes. De plus petites quantités peuvent être transportées dans des bouteilles sous pression sous forme de gaz.