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Stickstofferzeugung mit Membrantechnologie

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Wenn Sie Ihren eigenen Stickstoff erzeugen, haben Sie die volle Kontrolle über Ihre N2-Versorgung. Wenn Ihr Unternehmen regelmäßig Stickstoff benötigt, könnte dies eine echte Alternative sein. Neben der Installation einer großen kryogenen Luftzerlegungsanlage gibt es zwei Möglichkeiten, Stickstoff selbst zu erzeugen: Mithilfe von Membrangeneratoren und mit PSA-Generatoren. In diesem Artikel besprechen wir die Funktionsweise und die Vor- und Nachteile der Membran-Stickstoffgeneratoren.

Wie funktioniert die Membrantechnologie?

Membran-Stickstoffgeneratoren basieren auf einem einfachen Funktionsprinzip. Der Hauptteil eines Membrangenerators ist das Membranmodul (mit ca. 10 cm Durchmesser), das mit kleinen, hohlen Polymerfasern gefüllt ist. Zunächst dringt trockene, saubere Druckluft ein, und aufgrund der Struktur der Fasern dringen Teile der Luft in die Außenseite der Faser ein. Dieser Prozess wird als Permeation bezeichnet. Während dieses Prozesses treten Wasser, Sauerstoff und ein Teil des Argons durch die Membranseiten der Fasern aus. Am Ende bleibt nur Stickstoff erhalten.

Dies ist möglich, da die Permeation bei verschiedenen Molekülen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit verläuft. H2O dringt sehr schnell ein, Sauerstoff braucht etwas länger. Die Permeation von Argon und Stickstoff verläuft eher langsam, d. h. sie sind noch lange in den Fasern vorhanden, nachdem das H2O und der Sauerstoff bereits verschwunden sind. (Ein Teil des Argons dringt ebenfalls durch, aber es wäre ineffizient, ihn vollständig aus dem Luftstrom zu entfernen.) Hier erfahren Sie mehr über die Stickstoffreinheit.

Aufgrund der Permeation durch die Faserwand würde ein Überdruck im Membrangehäuse auftreten. Die Fasern würden verstopfen, und die Permeationseffizienz würde erheblich sinken. Um dies zu verhindern, befindet sich eine Öffnung im Gehäuse, der sogenannte Permeat-Ablass, durch den diese „Abgase“ (einschließlich H2O, Sauerstoff und Argon) austreten.

Stickstoffreinheit und Anforderungen an die Einlassluft

Es ist sehr wichtig, dass die Einlassluft sauber und trocken ist, bevor sie in die Membran gelangt. Wenn dies nicht der Fall ist, verstopfen die kleinen Fasern schnell. Um dies zu verhindern, muss eine geeignete Luftaufbereitung für die Zufuhrluft installiert werden. In einigen Fällen sind die erforderlichen Filter und Trockner bereits im Generator integriert. Dies bedeutet, dass in einigen Fällen keine zusätzlichen Filter zwischen Kompressor und Generator installiert werden müssen.

Die Fasern der Membran können Wasserdampf ohne große Probleme verarbeiten. Es ist jedoch sehr wichtig, dass die Luft kein flüssiges Wasser enthält, da sich dies nachteilig auf die Membran auswirkt. Daher ist es erforderlich, dass eine gute Wasserabscheidung vor dem Generator vorhanden ist, beispielsweise ein Kältetrockner. Die Vorbehandlung der Einlassluft des Generators schützt die Membran und sorgt für eine lange Lebensdauer. Eine typische Installation ist unten dargestellt.

Wahl zwischen Membran- und PSA-Generator

Da der Luftfaktor in der Regel bei PSA-Generatoren niedriger ist, was zu geringeren Betriebskosten führt, könnte man denken, dass die Wahl zwischen den beiden Optionen einfach ist. Es gibt jedoch einige beachtenswerte Vorteile bei Membrangeneratoren. Erstens ist das Funktionsprinzip von Membrangeneratoren einfacher. Dies wirkt sich auf die Wartungskosten aus und bedeutet, dass die benötigte Stellfläche für die Installation kleiner ist. Sie starten außerdem schneller und sind wesentlich leiser als PSA-Generatoren, bei denen normalerweise Abblasgeräusche am Ende jedes Zyklus auftreten. Dieser letzte Vorteil macht einen Membran-Stickstoffgenerator besser geeignet für Orte, an denen viele Personen arbeiten. Bei der Auswahl des richtigen Generators ist es ratsam, die Anwendung zu betrachten und dann aufgrund der Vor- und Nachteile des Gesamtpakets eine Auswahl zu treffen.

 

MEMBRAN

PSA

ERZIELBARE REINHEIT

EFFIZIENT BIS ZU 99,9 %

EFFIZIENT BIS ZU 99,999 %

EFFIZIENZ

HOCH

HÖHER

TEMPERATURABH. LEISTUNG

HÖHER BEI HOHER TEMP.*

NIEDRIGER BEI HOHER TEMP.

KOMPLEXITÄT DES SYSTEMS

NIEDRIG

MITTEL

WARTUNGSINTENSITÄT

SEHR NIEDRIG

NIEDRIG

DRUCKSTABILITÄT

STABIL

FLUKTUATION EIN-/AUSLASS

LUFTSTROMSTABILITÄT

STABIL

FLUKTUATION EIN-/AUSLASS

INBETRIEBNAHMEGESCHWINDIGKEIT

SEKUNDEN

MINUTEN/STUNDEN**

EMPFINDLICHKEIT GEGENÜBER WASSER(DAMPF)

KEIN FLÜSSIGES WASSER

DTP MAX. 8 °C (Allgemein)

ÖLEMPFINDLICHKEIT

NICHT ZULÄSSIG (< 0,01 mg/m³)

NICHT ZULÄSSIG (< 0,01 mg/m³)

GERÄUSCHPEGEL

SEHR NIEDRIG

HOCH (Beim Abblasen)

GEWICHT

NIEDRIG

MITTEL

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