Genereren van stikstof met PSA-technologie (Pressure Swing Adsorption)

Industrial Gases Compressed Air Wiki Nitrogen

De mogelijkheid om uw eigen stikstof te maken betekent volledige controle over uw N2. Dit kan nuttig zijn voor een groot aantal bedrijven die dagelijks stikstof nodig hebben. Wat betekent dat voor uw bedrijf? Als u stikstof in eigen beheer produceert, bent u niet afhankelijk van derden voor de levering, waardoor de noodzaak van verwerking en vulling en de transportkosten wegvallen. Eén manier om stikstof te genereren is via Pressure Swing Adsorption.

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 makkelijkste oplossing.

Een stikstofgenerator werkt in essentie door het scheiden van stikstofmoleculen van de zuurstofmoleculen in de perslucht. Pressure Swing Adsorption doet dit door zuurstof uit de persluchtstroom op te sluiten door middel 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 gevuld met 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 heeft de adsorptie- of scheidingsfase.

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.

De afbeelding toont het stikstofgeneratieproces. Eerst is tank A in de adsorptiefase terwijl tank B regenereert. In de tweede fase egaliseren de vaten hun druk, waarna tank A begint te regenereren terwijl tank B stikstof genereert.

Eerst is tank A in de adsorptiefase terwijl tank B regenereert. In de tweede fase egaliseren de vaten hun druk ter voorbereiding op de overschakeling. Na de overschakeling begint tank A te regenereren terwijl tank B stikstof genereert.

Op dit punt wordt de druk in beide torens gelijk en veranderen ze van fase, van adsorberen naar regenereren en andersom. De CMS in toren A raakt verzadigd, terwijl toren B, vanwege het wegvallen van de druk, het adsorptieproces weer kan opstarten. Dit proces wordt ook wel aangeduid als 'swing of pressure', en is gebaseerd op het vermogen om bepaalde gassen op te vangen bij hogere druk en los te laten bij bij lagere druk. Het PSA-systeem met twee torens maakt een doorlopende productie van stikstof met de gewenste zuiverheidsgraad mogelijk.

Stikstofzuiverheid en vereisten voor de toegevoerde perslucht

Voor een doeltreffende eigen stikstofproductie is het belangrijk om de zuiverheidsgraad die voor elke toepassing nodig is te begrijpen. Er zijn echter een aantal algemene eisen ten aanzien van de toegevoerde perslucht. De perslucht moet schoon en droog zijn voordat deze in de stikstofgenerator komt, aangezien dit een positief effect heeft op de stikstofkwaliteit en voorkomt dat de CMS-en door vocht worden beschadigd. Daarnaast moeten de inlaattemperatuur en -druk worden geregeld tussen respectievelijk 10 en 25 °C en 4 en 13 bar. Voor een goede behandeling van de perslucht moet een droger tussen de compressor en de generator worden geplaatst. Als de toegevoerde perslucht wordt gegenereerd door een oliegesmeerde compressor, moet ook een oliecoalescerend en koolstoffilter worden geïnstalleerd om onzuiverheden uit de perslucht te verwijderen voordat deze de stikstofgenerator instroomt. De meeste stikstofgeneratoren hebben een beveiliging met druk-, temperatuur- en drukdauwpuntsensoren om te voorkomen dat verontreinigde perslucht binnendringt in het PSA-systeem en de componenten beschadigt.


Een typische installatie: luchtcompressor, droger, filters, luchtketel, stikstofgenerator, stikstofketel. De stikstof kan direct worden verbruikt vanuit de generator of via een extra buffertank.

Een typische installatie: luchtcompressor, droger, filters, luchtketel, stikstofgenerator, stikstofketel. De stikstof kan direct worden verbruikt vanuit de generator of via een extra buffertank (niet afgebeeld).

Een ander belangrijk aspect van PSA-stikstofproductie is de luchtfactor. Dit is een van de belangrijkste parameters van een stikstofgeneratorsysteem, omdat het de perslucht definieert die vereist is voor het verkrijgen van een bepaald stikstofdebiet. De luchtfactor geeft dus de efficiëntie van een stikstofgenerator aan. Een lagere luchtfactor betekent een hoger efficiëntie en natuurlijk lagere totale bedrijfskosten.

Kiezen tussen een PSA- en een membraangenerator

 

PSA

MEMBRAAN

HAALBARE ZUIVERHEID

EFFICIËNT TOT MAXIMAAL 99,999%

EFFICIËNT TOT MAXIMAAL 99,9%

EFFICIËNTIE

HOGER

HOOG

PRESTATIES VERSUS TEMP.

LAGER BIJ HOGE TEMP.

HOGER BIJ HOGE TEMP.

SYSTEEMCOMPLEXITEIT

MEDIUM

LAAG

ONDERHOUDSINTENSITEIT

LAAG

ZEER LAAG

DRUKSTABILITEIT

FLUCTUERENDE IN- EN UITLAAT

STABIEL

STROOMSTABILITEIT

FLUCTUERENDE IN- EN UITLAAT

STABIEL

OPSTARTSNELHEID

MINUTEN/UREN

SECONDEN

WATER(DAMP)GEVOELIGHEID

PDP MAX. 8 °C

GEEN VLOEIBAAR WATER

OLIEGEVOELIGHEID

NIET TOEGESTAAN (< 0,01 mg/m³)

NIET TOEGESTAAN (< 0,01 mg/m³)

GELUIDSNIVEAU

HOOG (afblaaspieken)

ZEER LAAG

GEWICHT

MEDIUM

LAAG

Gerelateerde artikelen