Stickstoffgeneratoren - Wie funktioniert so ein Stickstoffgenerator?

So könnte auch Ihre Stickstoffanlage demnächst bei Ihnen vor Ort arbeiten...

Um Stickstoff herzustellen, werden Stickstoffgeneratoren eingesetzt. Diese Stickstoffgeneratoren benötigen eine Zufuhr von trockener Druckluft. Es gibt dabei zwei Verfahren, um die Sauerstoff-Moleküle aus der zugeführten Luft zu entfernen: eine Druckwechseladsorption (PSAL) oder mithilfe einer speziell entwickelten Membrantechnik. Bei beiden Verfahren werden in den Stickstoffgeneratoren die Stickstoffmoleküle von Sauerstoffmolekülen getrennt. Der gereinigte Stickstoff bleibt übrig. Welche Technologie dabei zum Einsatz kommt, hängt immer von der benötigten Stickstoffqualität ab.

In der Lebensmittelbranche oder der Kunststoffformung kommt oft ein PSA-Stickstoffgenerator zum Einsatz, denn hier wird Stickstoff mit einer sehr hohen Reinheit von 99,999 % oder 10 ppm (Teile pro Million) benötigt. Für die Industrie reicht meist auch eine niedrige Reinheitsklasse mit 90–99 % Stickstoff. Hier kommt dann der sogenannte Membran-Stickstoffgenerator zum Einsatz. Wir nutzen bei den Verfahren den Stickstoff aus der Umgebungsluft, was nicht nur Kosten, sondern auch eine Menge an Energie und CO₂ einspart, denn Stickstofflieferungen zu Ihnen sind damit nicht mehr notwendig. BE SMART - CUT GREEN

 

Die AIRCO^® Stickstoffgeneratoren / Stickstoffanlagen bieten dazu folgende Reinheiten:

 

 

Stickstoffgeneratoren - Dank Überwachung läuft die Stickstoffproduktion reibungslos

Alle AIRCO^® Stickstoffgeneratoren sind dabei mit einem exakten Überwachungssystem ausgestattet. Die Gasgeneratoren können so unabhängig für 24 h am Tag laufen, ohne dass sie abgeschaltet werden müssen. Ein Sauerstoffanalysator steuert und überwacht das System automatisch und gewährleistet damit höchste Stickstoffqualität z. B. zum Laserschneiden. Bei abweichenden Werten erfolgt eine Warnmeldung. Ein effizientes Molekularsieb und die fast wartungsfreie Stickstoffanlage ermöglichen so eine kostengünstige Stickstofferzeugung direkt vor Ort.

Doch wie wird der reine Stickstoff gewonnen? Wie bereits erwähnt, gibt es zwei Verfahren. Einige Anwendungen erfordern nur einen geringen Reinheitsgrad des Stickstoffs zwischen 90 und 99 %, die mit Membrangeneratoren erzeugt werden können. Dabei strömt gereinigte Druckluft durch ein Molekularsieb. Hier wird die Luft von den Gasen getrennt, aus denen sie besteht. Die Sauerstoffmoleküle werden aufgefangen, während die Stickstoffmoleküle auf Grund ihrer Molekulargröße durch die semipermeablen Membranen geleitet werden. Die Trennung von Stickstoff und Sauerstoff erfolgt also in den robusten Membranen. Denn Luft besteht aus 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff und 1 % anderer Gase. Jedes Gas hat dabei seine eigene Durchdringungsrate. Sauerstoff ist ein „schnelles“ Gas und kann durch die Membranwand entweichen.

Stickstoffgeneratoren - Membranaufbau & Funktionsweise

Die Membranen bestehen aus Bündeln einzelner Hohlfasern. Das Sieb adsorbiert also den Sauerstoff, Wasserdampf und die anderen Spurengase. Diese können den Behälter ungehindert mit niedrigerem Druck wieder verlassen. Der Stickstoff wird hingegen von der Membran festgehalten und fließt durch den Auslassanschluss. Da Wasserdampf durch die Membran dringt, ist der Stickstoffstrom sehr trocken und kann Taupunkttemperaturen von bis zu -50 °C erreichen.

Die Membrane besteht aus zahlreichen Fasern, die gebündelt und an beiden Enden mit Epoxidharz eingekapselt und abgeschnitten sind. Der Faserdurchmesser bleibt an beiden Seiten offen und ermöglicht dem Gas, von einem Ende zum anderen zu fließen. Die Faserbündel sind von einem Gehäuse umschlossen, das sie schützt und das Gas von der Einspeise- zur Produktseite führt. Der Stickstoff wandert entlang der Innenseite der Fasern und wird zu einem Stickstoff-Produktstrom gebündelt. Der Membranbereich besteht dabei aus mehreren sogenannten Membranbänken. Sie sind parallel angeordnet, um zusammen die Produktion der erforderlichen Flussrate des Stickstoffprodukts zu gewährleisten. In jeder Bank können bis zu acht Membranen montiert werden, zwei Bänke werden dabei zusammen als Modul mit gemeinsamen Lufteinlass-, Stickstoffauslass- und Permeatauslassrohren montiert. Jede Bank ist mit einem Aufwärts- und Abwärts-Absperrventil und einem Probegasentnahmeventil ausgestattet.

Stickstoffgeneratoren - Funktionsweise des Druckwechseladsorption-Verfahrens zur Stickstofferzeugung

Wenn besonders reiner Stickstoff benötigt wird, ist das Druckwechseladsorption-Verfahren (PSAL^®) notwendig. Bei diesem Prozess, bleiben Atome, Ionen oder Moleküle aus zugeführter Druckluft an der Oberfläche eines Adsorptionsmittels haften. Der AIRCO PSAL-Generator isoliert dabei den Stickstoff. Die anderen Gase im Druckluftstrom - Sauerstoff, CO₂ und Wasserdampf - werden adsorbiert, sodass nur noch reiner Stickstoff zurückbleibt. Bei der Druckwechseladsorption wird Sauerstoff aus dem Druckluftstrom ausgeschieden, während sich Moleküle an ein Kohlenstoff-Molekularsieb binden. Das geschieht in zwei separaten Druckbehältern. Behälter A und Behälter B sind jeweils mit einem Kohlenstoff-Molekularsieb gefüllt und wechseln zwischen einem Abscheide- und einem Regenerationsprozess. Genau diese Phase wird Adsorptions- oder Trennphase genannt. Der Großteil des produzierten Stickstoffs in Behälter A wird abgelassen. Der Stickstoff ist direkt einsatzbereit oder kann bequem in unseren Infinit N2 Bundles gespeichert werden.

Ein geringer Teil des erzeugten Stickstoffs wird in Behälter B geleitet. So kann der ganze Sauerstoff, der in der Adsorptionsphase in Behälter B festgehalten wurde, herausgedrückt werden. Durch die Druckentlastung verlieren die Kohlenstoff-Molekularsiebe ihre Fähigkeit, die Sauerstoffmoleküle zu binden. Die Moleküle lösen sich von den Sieben und werden mithilfe eines kleinen Stickstoffstroms aus Behälter A herausgelassen. Dieser „Reinigungsprozess“ wird immer wieder nach jeder Adsorptionsphase wiederholt und macht es möglich, dass neue Sauerstoffmoleküle sich an die Siebe binden können.

Die einzigartige PSAL^®-Technologie der AIRCO^® Stickstoffgeneratoren ermöglicht einen durchgehenden Stickstofffluss mit einer Reinheit von bis zu 99,9999 %. Die AIRCO^® PSAL^®-Generatoren sind in der Anschaffung zwar teurer als die Membrangeneratoren, bieten jedoch einen höheren Durchfluss und damit auch eine höhere Reinheit, die in vielen Branchen wie der Lebensmittelindustrie und anderen Anwendungen erforderlich sind. Zudem rechnet sich die Anschaffung schon nach kurzer Zeit und wird aktuell wieder von der BAFA gefördert. Mehr zu den aktuellen Förderungen für Stickstoffanlagen erfahren Sie auf unserer BAFA-Stickstoffseite.