Wist u dat de lucht om ons heen voornamelijk uit stikstof bestaat, terwijl iedereen juist zuurstof nodig heeft om te overleven? De lucht die we inademen bestaat voor 78% uit stikstof, en voor slechts 21% uit zuurstof en nog wat andere gassen. Stikstof heeft geen nut voor het menselijk lichaam, maar is wel zeer bruikbaar voor diverse industriële toepassingen.
Wat is stikstof?
Laten we beginnen bij de basis. Stikstof is een inert, geurloos en kleurloos gas dat geen voedingsstoffen bevat. Stikstof is echter belangrijk voor de groei van planten en is een belangrijk additief in meststoffen. Het gebruik van stikstof gaat veel verder dan alleen tuinieren. Meestal verschijnt stikstof in vloeibare vorm of in gasvorm (hoewel het ook mogelijk is om stikstof in vaste vorm te verkrijgen). Vloeibare stikstof wordt bijvoorbeeld gebruikt als een koelmiddel voor het snel bevriezen van levensmiddelen en voorwerpen voor medisch onderzoek en voor reproductieve technologie. Hier bespreken we alleen stikstof in gasvorm.
Stikstof wordt op grote schaal gebruikt, voornamelijk omdat het niet reageert bij blootstelling aan een ander gas. Dit in tegenstelling tot zuurstof, dat zeer reactief is. Vanwege de chemische samenstelling van stikstofatomen kost het veel energie om deze te splitsen en met andere stoffen te laten reageren. Zuurstofmoleculen zijn juist gemakkelijk te splitsen, waardoor dit gas veel reactiever is. Stikstofgas is het tegenovergestelde van zuurstof en daarom zeer geschikt voor het genereren van niet-reactieve omgevingen.
De belangrijkste eigenschap van stikstof is het gebrek aan reactiviteit. Daarom wordt dit gas ter voorkoming van zowel trage als snelle oxidatie gebruikt. De elektronica-industrie is hier een goed voorbeeld van, omdat tijdens de productie van printplaten en andere kleine componenten trage oxidatie in de vorm van corrosie kan optreden.
Trage oxidatie vormt ook een probleem in de voedingsmiddelen- en drankenindustrie. Hier wordt stikstof gebruikt voor het verplaatsen of vervangen van lucht voor een betere conservering van het eindproduct. Explosies en brand zijn goede voorbeelden van snelle oxidatie, omdat hier zuurstof voor nodig is. Door zuurstof met stikstof uit een gesloten container te verdrijven, bestaat er minder kans op dit soort ongevallen.
Tijdelijke stikstofoplossingen
- Membraanstikstofgeneratoren
- Stikstofgenerator met PSA-technologie
Hoe werkt membraantechnologie?
Hoe werkt Pressure Swing Adsorption?
Bij het produceren van uw eigen stikstof is het belangrijk om te weten welke zuiverheid u wilt bereiken. Sommige toepassingen vereisen een lage zuiverheidsgraad (tussen 90 en 99%), zoals banden oppompen en brandpreventie, maar andere, zoals toepassingen in de levensmiddelen- en drankenindustrie of het spuitgieten van kunststof, vereisen hoge niveaus (van 97 tot 99,999%). In deze gevallen is PSA-technologie de ideale en gemakkelijkste methode. In wezen zorgt een stikstofgenerator ervoor dat de stikstofmoleculen in de perslucht van de zuurstofmoleculen worden gescheiden. Pressure Swing Adsorption doet dit door zuurstof uit de persluchtstroom op te vangen met behulp van adsorptie.
Adsorptie vindt plaats wanneer moleculen zich binden aan een adsorptiemiddel. In dit geval binden zuurstofmoleculen zich aan een moleculaire koolstofzeef (Carbon Molecular Sieve, CMS). Dit gebeurt in twee afzonderlijke drukvaten, elk voorzien van een CMS, die heen en weer schakelen tussen het scheidingsproces en het regeneratieproces. Laten we ze voorlopig toren A en toren B noemen. Om te beginnen stroomt schone en droge perslucht toren A in, en omdat zuurstofmoleculen kleiner zijn dan stikstofmoleculen gaan ze de poriën van de koolstofzeef binnen. Stikstofmoleculen daarentegen passen niet in de poriën en stromen dus voorbij de moleculaire koolstofzeef. Uiteindelijk blijft stikstof met de gewenste zuiverheidsgraad over.
Deze fase wordt de adsorptie- of scheidingsfase genoemd. Maar daar blijft het niet bij. Het merendeel van de in toren A geproduceerde stikstof verlaat het systeem (klaar voor direct gebruik of opslag), terwijl een klein gedeelte van de gegenereerde stikstof in de tegengestelde richting naar toren B wordt geleid (van boven naar beneden). Deze stroming is vereist om de zuurstof te verdrijven die bij de vorige adsorptiefase van toren B is opgevangen. Door de druk in toren B op te heffen, verliezen de moleculaire koolstofzeven hun vermogen om de zuurstofmoleculen vast te houden. Ze komen los uit de zeven en worden meegevoerd door de uitlaat door de kleine stikstofstroom uit toren A.
Zo maakt het systeem ruimte om nieuwe zuurstofmoleculen op te vangen in de zeven bij de volgende adsorptiefase. Dit proces van 'schoonmaken' van een met zuurstof verzadigde toren noemen we regeneratie.
