So funktioniert ein Stickstoffgenerator

Stickstoffgeneratoren: Die Hauptfunktion von Stickstoffgeneratoren ist die Bereitstellung einer kontinuierlichen, zuverlässigen und bedarfsgerechten Stickstoffversorgung, die auf den erforderlichen Reinheitsgrad zugeschnitten ist. Dies macht sie unverzichtbar für Branchen, in denen Oxidation kontrolliert oder verhindert werden muss, wie z. B.:

• Elektronikherstellung: Korrosion von Leiterplatten verhindern.
• Lebensmittel- und Getränkeindustrie: Verlängerung der Haltbarkeit durch Reduzierung der Sauerstoffexposition.
• Reifenfüllung: Verbesserung der Stabilität und Sicherheit.
• Chemische Verarbeitung: Bereitstellung einer inerten Atmosphäre, um unerwünschte Reaktionen zu verhindern.

Durch die eigene Stickstofferzeugung gewinnen Unternehmen an Unabhängigkeit und Flexibilität und vermeiden gleichzeitig regelmäßige Lieferungen und den Umgang mit Hochdruckgasflaschen.

Stickstoffgeneratoren trennen Stickstoffmoleküle von Sauerstoff und anderen Gasen in Druckluft und erzeugen einen kontrollierten gasförmigen Stickstoffstrom. Dieser Prozess wird als Stickstoffgasproduktion bezeichnet und kann durch verschiedene Methoden zur Stickstoffproduktion erreicht werden.

Um Stickstoff aus Luft zu erzeugen, wird dem Generator zunächst ein Volumenstrom sauberer, trockener Druckluft zugeführt. Im Inneren der Einheit werden Stickstoffmoleküle durch eine Separationstechnologie isoliert, während Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf entfernt werden. Das Ergebnis ist ein gereinigter Stickstoffstrom, der sofort verwendet oder für eine spätere Verwendung gespeichert werden kann.

In modernen Systemen zur Stickstofferzeugung kommen zwei Haupttechnologien zum Einsatz:

1. Membran-Stickstoffgeneratoren - kompakte Einheiten, die Gase mithilfe semipermeabler Fasern trennen.

2. Druckwechseladsorptions-Stickstoffgeneratoren (PSA) - Systeme, die Kohlenstoffmolekularsiebe verwenden, um eine sehr hohe Stickstoffreinheit zu erreichen.

Die Wahl zwischen diesen hängt von der erforderlichen Stickstoffqualität und der Anwendung ab. Zum Beispiel kann das Füllen von Reifen oder die Brandbekämpfung nur 90–99 % Reinheit erfordern. Hierfür ist die Membrananlage geeignet. Industrien wie Lebensmittelverpackungen oder Kunststoffe hingegen benötigen oft Reinheiten bis zu 99,999 %, was nur mit der PSA-Technologie erreicht werden kann.

Ein System zur Stickstofferzeugung umfasst die komplette Anlage, die zur Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Stickstoff vor Ort erforderlich ist. Während der Generator die zentrale Komponente ist, sorgen mehrere andere Elemente zusammen für einen stabilen Betrieb und eine hohe Gasqualität.

Eine typische Stickstoffproduktionsanlage besteht aus:

1. Kompressor: liefert Druckluft.
2. Trockner: Entzieht der Luft Feuchtigkeit.
3. Filter: fangen Öldämpfe und Feststoffpartikel auf.
4. Druckluftbehälter: stabilisiert Druck und Durchfluss.
5. Stickstoffgenerator: Trennt Stickstoff von Sauerstoff und Spurengasen.
6. Stickstoffbehälter: Speichert produzierten Stickstoff für Spitzenbedarf.

Stickstoff kann entweder direkt aus dem Generator genutzt oder für eine kontinuierliche Versorgung in einem Speichertank gepuffert werden.

Adsorption ist der Prozess, bei dem Atome, Ionen oder Moleküle einer Substanz (in diesem Fall Druckluft) an der Oberfläche eines Adsorbers haften.

Ein PSA-Generator isoliert Stickstoff, und die anderen Gase im Druckluftstrom (Sauerstoff, CO₂ und Wasserdampf) werden adsorbiert, wodurch im Wesentlichen reiner Stickstoff zurückbleibt.

Die PSA-Anlage bindet Sauerstoff aus dem Druckluftstrom, wenn sich Moleküle an ein Kohlenstoffmolekularsieb binden. Dies geschieht in zwei separaten Druckbehältern (Behälter A und B), die jeweils mit einem Kohlenstoffmolekularsieb gefüllt sind und zwischen einem Trenn- und einem Regenerationsprozess wechseln.

Saubere und trockene Druckluft tritt in den Behälter A ein. Da Sauerstoffmoleküle kleiner sind als Stickstoffmoleküle, passieren sie die Poren des Siebs. Stickstoffmoleküle passen nicht durch die Poren, daher umgehen sie das Sieb, was zu Stickstoff mit der gewünschten Reinheit führt. Diese Phase wird Adsorptions- oder Trennphase genannt. Der Großteil des in Behälter A produzierten Stickstoffs verlässt das System und ist direkt einsatzbereit oder kann gelagert werden.

Anschließend wird ein kleiner Teil des erzeugten Stickstoffs in die entgegengesetzte Richtung in Behälter B geleitet. Durch diese Strömung wird der Sauerstoff, der in der vorherigen Adsorptionsphase von Behälter B festgehalten wurde, herausgedrückt. Durch die Entlastung des Drucks in Behälter B verlieren die Kohlenstoff-Molekularsiebe ihre Fähigkeit, die Sauerstoffmoleküle zu binden. Diese lösen sich von den Sieben und werden von dem kleinen Stickstoffstrom aus Behälter A abgeleitet. Dieser „Reinigungsprozess“ ermöglicht es, neue Sauerstoffmoleküle in der nächsten Adsorptionsphase an die Siebe zu binden.

Die PSA-Technologie ermöglicht einen kontinuierlichen Stickstoffdurchfluss mit hoher Kapazität in anspruchsvollen Anwendungen bei Reinheitsgraden von bis zu 99,999 %. PSA-Generatoren haben höhere Anfangsinvestitionskosten als Membrangeneratoren, bieten jedoch die Vorteile eines höheren Durchflusses und höherer Reinheitsgrade, die in einigen Branchen und Anwendungen gefordert werden.

PSA-Einheiten liefern eine ultrahohe Reinheit, sind aber komplexer, während Membransysteme einfacher und robuster sind. In beiden Fällen ist die Wartung von Stickstoffgeneratoren für eine gleichbleibende Leistung unerlässlich.

Membransysteme erfordern in der Regel weniger Wartung, da sie keine beweglichen Teile und weniger empfindliche Komponenten haben – dadurch eignen sie sich gut für Umgebungen, in denen Stiullstandszeiten vermieden werden müssen.

PSA-Systeme erfordern mehr Aufmerksamkeit hinsichtlich der Ansaugluftqualität, der Filter und des Adsorptionsmaterials. Wenn sie jedoch mit einem strukturierten Wartungsplan für Stickstoffgeneratoren kombiniert werden, liefern sie die höchsten Reinheits- und Leistungsstufen für anspruchsvolle Anwendungen.

Stickstoff wird in der Industrie häufig verwendet, da er inert, geruchlos und oxidationshemmend ist. Ein Generator vor Ort liefert Stickstoff mit der richtigen Reinheit und dem richtigen Durchfluss, wodurch die Abhängigkeit von Lieferungen in Flaschen reduziert wird und gleichzeitig eine stabile Gasversorgung sichergestellt wird.

Zu den Hauptanwendungen gehören:

• Chemische Verarbeitung: Stickstoff wird verwendet, um inerte Bedingungen zu schaffen, die Explosionen oder unerwünschte Reaktionen verhindern. Mit Stickstoffgeneratoren in der chemischen Industrie können Betreiber die Sicherheit aufrechterhalten und gleichzeitig die Gasbeschaffungskosten senken.
• Lebensmittel- und Getränkeproduktion: Kontrollierte Atmosphären tragen zur Verlängerung der Haltbarkeit und zum Erhalt des Geschmacks bei. In Verpackungslinien spülen Stickstoffgeneratoren für die Lebensmittelindustrie Sauerstoff aus Verpackungen. In der Getränkeabfüllung schützt Stickstoff Flüssigkeiten während der Abfüllung und Lagerung.
• Automobilindustrie: Stickstoffgefüllte Reifen halten den Druck länger und reduzieren die Oxidation des Gummis. Der Einsatz von Stickstoffgeneratoren für Reifen stellt eine zuverlässige Versorgung für Servicezentren und Flottenbetreiber sicher.

"Wofür werden Stickstoffgeneratoren also verwendet?" Die Antwort umfasst einen breiten Anwendungsbereich, von Labor und Kunststoff bis hin zu Aquakultur und Pharmazie, überall dort, wo eine sauerstofffreie oder sauerstoffarme Umgebung erforderlich ist.

Die eigene Stickstoffproduktion gibt Unternehmen die direkte Kontrolle über Leistung, Reinheit und Druck. Neben der Flexibilität ergeben sich erhebliche betriebliche und finanzielle Vorteile im Vergleich zum Einsatz externer Lieferanten.

Die wichtigsten Vorteile sind:

• Kostenstabilität: Unabhängigkeit von Marktpreisschwankungen bei Stickstoff in Flaschen oder Tanks.
• Geringere Logistikkosten: Keine Transportgebühren, Lieferplanung oder Rückführung von Flaschen.
• Sicherheitsverbesserungen: Vermeidet die Risiken bei der Lagerung und Handhabung von Hochdruckflaschen.
• Kein Verlust: Vermeidet Abdampfverluste aus Flüssigkeitsbehältern und ungenutztes Restgas in Flaschen.
• Zuverlässigkeit: kontinuierliche Versorgung rund um die Uhr, wodurch das Risiko von Produktionsausfällen reduziert wird.
• Langfristige Einsparungen: Während die Ausrüstung eine Vorabinvestition erfordert, sind die Betriebskosten im Laufe der Zeit deutlich niedriger.

Diese Faktoren machen die Stickstofferzeugung vor Ort nicht nur zu einer technischen Lösung, sondern auch zu einer Möglichkeit, die Sicherheit, Effizienz und das Kostenmanagement im täglichen Betrieb zu verbessern. Erfahren Sie mehr über die Vorteile der Stickstofferzeugung vor Ort.

Jede Anwendung hat unterschiedliche Anforderungen in Bezug auf Stickstoffdurchfluss, Reinheit und Betriebsbedingungen. Das richtige System sorgt für Effizienz, Sicherheit und langfristige Kosteneinsparungen. Für einige Branchen kann ein kompakter Membrangenerator ausreichen, während andere die ultrahohe Reinheit der PSA-Technologie erfordern.

Da die Wahl sowohl von technischen als auch von wirtschaftlichen Faktoren abhängt, ist es oft am besten, die Anforderungen mit einem Spezialisten zu überprüfen, der das System an den Prozess anpassen kann.

Fragen Sie einen Experten nach der besten Lösung für die eigene Stickstofferzeugung.