Wie arbeitet ein Stickstoff-Generator?

Posted by Ronny Toepke on 28.01.2020 10:00:00

Unsere Luft setzt sich aus etwa 78 Prozent Stickstoff und 21 Prozent Sauerstoff zusammen. Stickstoff-Generatoren benötigen lediglich die Zufuhr trockener Druckluft. Sie entfernen die Sauerstoff-Moleküle durch zwei unterschiedliche Methoden: entweder durch Druckwechseladsorption (PSA) oder durch Membrantechnik.

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Die Druckwechseladsorption (PSA)

PSA DruckwechseladsorptionBei der Pressure Swing Adsorption wird der Stickstoff von der Luft durch den Einsatz eines speziellen Siebs (CMS) getrennt. Die Stickstoffgeneratoren bestehen aus zwei verbundenen Behältern die wechselweise für die kontinuierliche Adsorption des Stickstoffs genutzt werden.

1. Phase: Adsorption

Die gereinigte Druckluft strömt durch das Molekularsieb, dabei werden die Sauerstoffmoleküle aufgefangen, während die Stickstoffmoleküle auf Grund ihrer Molekulargröße passieren. Das Sieb adsorbiert den Sauerstoff bis ein Sättigungspunkt erreicht ist.

2. Phase: Regeneration (Desorption)

Der eintretende Luftstrom wird unterbrochen und der adsorbierte Sauerstoff kann den Behälter mit niedrigerem Druck verlassen.

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Die Membran-Stickstofferzeugung

Anstelle einer Adsorption nutzt dieser Prozess ein Bündel kleiner Polymer-Hohlfasern, um Sauerstoff aus dem Gasfluss zu entfernen.

Die Trennung von Stickstoff und Sauerstoff erfolgt in den Membranen. Die Membranen nutzen eine asymmetrische Hohlfasermembran-Technologie, sind die robustesten auf dem Markt und spezifisch für einen Betrieb bei hohen Zulufttemperaturen ausgelegt.

Das Prinzip zur Trennung basiert auf dem selektiven Durchgang von Stickstoff und Sauerstoff. Antriebskraft für die Trennung ist die Differenz zwischen dem Partialdruck des Gases auf der Innen- und auf der Außenseite der Hohlfaser.

Atmosphärische Luft beinhaltet 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff und 1 % andere Gase. Jedes Gas hat eine charakteristische Durchdringungsrate, die eine Funktion seiner Fähigkeit zur Lösung und Sauerstoff ist ein schnelles GasStreuung durch eine Membran ist. Sauerstoff ist ein „schnelles“ Gas und wird selektiv durch die Membranwand gestreut, während Stickstoff die Möglichkeit hat, entlang der Innenseite der Faser zu wandern und somit einen Stickstoffreichen Produktstrom zu bilden. Das mit Sauerstoff angereicherte Gas oder das Permeat wird von der Membran bei atmosphärischem Druck entlüftet.

Der Memkbranbereich

Die Membrane umfasst zahlreiche Fasern, die gebündelt und an beiden Enden mit Epoxidharz eingekapselt sind. Die Bündelenden sind abgeschnitten, wodurch die Faserdurchmesser an beiden Seiten offen bleiben und es dem Gas ermöglichen, von einem Ende zum anderen zu fließen. Die Faserbündel sind in einem Gehäuse eingeschlossen. Das Gehäuse schützt die Fasern und führt das Gas ordnungsgemäß von der Einspeise- zur Produktseite.

Membranbank zur StickstoffseparationDer Membranbereich besteht aus zahlreichen Membranbänken, die parallel angeordnet und zusammen zur Produktion der erforderlichen Flussrate des Stickstoffprodukts geeignet sind. Jede Bank ist zur Montage von bis zu acht (8) Membranen geeignet und zwei Bänke werden zusammen als Modul mit gemeinsamen Lufteinlass-, Stickstoffauslass- und Permeatauslassrohren montiert. Jede Bank ist mit einem Aufwärts- und Abwärts-Absperrventil und einem Probegasentnahmeventil ausgestattet.

 

Der Reinheitsgrad hängt von der Anwendung ab. Der Reinheitsgrad von Stickstoff „hoher Reinheit“ liegt zwischen 97% und 99,9 % Diese hohen Reinheitsgrade werden mit Druckwechseladsorptionstechnik erreicht.

Druckwechseladsorptionstechnik  und beispielhafte Anwendungen:

  • Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie
  • Lagerung von Früchten
  • Metallverarbeitung
  • Elektronikbranche
  • CNC-Maschinen
  • Kunststoff-Verarbeitung
  • Spülen

Dank eines exakten Überwachungssystems können die Gasgeneratoren unabhängig für 24 h pro Tag laufen ohne abgeschaltet zu werden. Ein Sauerstoffanalysator zur Steuerung und Überwachung des Systems gehört zum Standard und gewährleistet damit höchste Stickstoffqualität. Bei abweichenden Werten erfolgt eine Warnmeldung.

Das sehr effiziente Molekularsieb CMS (Carbon Molecular Sieve) sowie eine fast wartungsfreie Stickstoffanlage ermöglichen eine, im Vergleich zu anderen Systemen, kostengünstige Stickstofferzeugung.

Membrangeneratoren und beispielhafte Anwendungen:

Einige Anwendungen erfordern nur einen geringen Reinheitsgrad (zwischen 90 und 99 %), die mit Membrangeneratoren erzeugt werden können:

  • Brandschutz
  • Reifenbefüllung
  • Öl & Gas-Industrie
  • Handelsschifffahrt

Eine typische Komponentenanordung zur Stickstofferzeugung:

Anlage zur Stickstofferzeugung

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Video Anwendungsbeispiel bei  Tierfutterproduzent Vitakraft

 

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