Prinzipien und Eigenschaften von Stickstoffgeneratoren

A Stickstoffgeneratorist ein Gerät, das Luft als Rohmaterial verwendet und Sauerstoff und Stickstoff durch physikalische Methoden trennt, um Stickstoffgas zu gewinnen. Gemäß den verschiedenen Trennmethoden können industrielle Stickstoffgeneratoren in drei Typen eingeteilt werden: kryogene Luftzerlegung, Molekularsieb-Luftzerlegung (PSA) und Membran-Luftzerlegung.

Der Stickstoffgenerator wurde auf Basis der Pressure Swing Adsorption (PSA)-Technologie entwickelt und hergestellt. Es verwendet hochwertiges importiertes Kohlenstoffmolekularsieb (CMS) als Adsorptionsmittel und nutzt das Prinzip der Druckwechseladsorption bei normaler Temperatur, um Stickstoff vom Sauerstoff in der Luft zu trennen und so hochreinen Stickstoff zu erzeugen. Normalerweise werden zwei Adsorptionstürme parallel geschaltet. Die von einem importierten SPS-System gesteuerten Pneumatikventile arbeiten automatisch, um abwechselnd eine Druckadsorption und eine Druckentlastungsregeneration durchzuführen, wodurch die Sauerstoff-Stickstoff-Trennung abgeschlossen wird und Stickstoff mit der erforderlichen Reinheit erhalten wird.

Funktionsprinzip des Stickstoffgenerators

Prinzip der Stickstofferzeugung durch PSA-Druckwechseladsorption

Kohlenstoffmolekularsieb kann sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff in der Luft adsorbieren. Seine Adsorptionskapazität nimmt mit zunehmendem Druck zu. Unter dem gleichen Druck gibt es keinen offensichtlichen Unterschied zwischen der Gleichgewichtsadsorptionskapazität von Sauerstoff und Stickstoff. Daher ist es schwierig, eine wirksame Sauerstoff-Stickstoff-Trennung allein durch Druckänderungen zu erreichen.

Durch Berücksichtigung des Adsorptionsgeschwindigkeitsunterschieds können die Adsorptionseigenschaften von Sauerstoff und Stickstoff effektiv unterschieden werden. Der Moleküldurchmesser von Sauerstoff ist kleiner als der von Stickstoff, daher ist seine Diffusionsgeschwindigkeit hundertmal schneller als die von Stickstoff. Daher adsorbiert Kohlenstoffmolekularsieb Sauerstoff viel schneller. Nach etwa einer Minute Adsorption können mehr als 90 % des Sauerstoffs adsorbiert werden, während die Adsorptionsmenge des Stickstoffs nur etwa 5 % beträgt.

In diesem Stadium besteht das adsorbierte Gas hauptsächlich aus Sauerstoff, während das verbleibende Gas hauptsächlich aus Stickstoff besteht. Durch die Steuerung der Adsorptionszeit innerhalb einer Minute können zunächst Sauerstoff und Stickstoff getrennt werden. Mit anderen Worten: Adsorption und Desorption werden durch Druckunterschiede erreicht: Adsorption erfolgt, wenn der Druck steigt, und Desorption erfolgt, wenn der Druck sinkt.

Die Trennung von Sauerstoff und Stickstoff hängt vom Unterschied in der Adsorptionsgeschwindigkeit zwischen den beiden Gasen ab. Durch die Steuerung der Adsorptionszeit kann Sauerstoff ausreichend adsorbiert werden, während Stickstoff nicht genügend Zeit zur Adsorption hat. Anschließend wird der Adsorptionsprozess gestoppt, um eine effiziente Stickstoffproduktion zu erreichen.

Prinzip der Stickstofferzeugung durch kryogene Luftzerlegung

Bei der kryogenen Stickstofferzeugung kann nicht nur Stickstoffgas, sondern auch flüssiger Stickstoff erzeugt werden, wodurch Prozessanforderungen erfüllt werden, bei denen flüssiger Stickstoff erforderlich ist. Flüssiger Stickstoff kann in einem Flüssigstickstoff-Lagertank gespeichert werden. Wenn die Stickstoffversorgung unterbrochen wird oder die Luftzerlegungsanlage gewartet werden muss, gelangt der gespeicherte flüssige Stickstoff in den Verdampfer, wird erhitzt und dann in die Stickstoffleitung eingespeist, um den Stickstoffbedarf der Prozessausrüstung zu decken.

Der Betriebszyklus der kryogenen Stickstofferzeugung (der Zeitraum zwischen zwei großen Erwärmungsvorgängen) beträgt im Allgemeinen mehr als ein Jahr. Daher kommt für kryogene Stickstofferzeugungssysteme in der Regel keine Ersatzausrüstung in Betracht. Allerdings können PSA-Stickstoffgeneratoren nur Stickstoffgas erzeugen, ohne dass eine Reservespeicherkapazität vorhanden ist, und ein einzelnes Gerät kann keinen kontinuierlichen Langzeitbetrieb garantieren.

Prinzip der Stickstofferzeugung durch Membran-Luftzerlegung

Nach der Komprimierung und Filterung durch einen Luftkompressor gelangt die Luft in einen Hochpolymer-Membranabscheider. Aufgrund der unterschiedlichen Löslichkeit und Diffusionskoeffizienten verschiedener Gase in der Membran weisen verschiedene Gase unterschiedliche Permeationsraten auf.

Anhand dieser Eigenschaft lassen sich Gase in „schnelle Gase“ und „langsame Gase“ einteilen.

Unter dem Druckunterschied zwischen beiden Seiten der Membran passieren Gase mit schnelleren Permeationsraten, wie etwa Wasserdampf, Wasserstoff, Helium, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid, die Membran und reichern sich auf der Permeatseite an.

Währenddessen werden Gase mit langsameren Permeationsraten, wie Methan, Stickstoff, Kohlenmonoxid und Argon, auf der Feed-Seite zurückgehalten und angereichert, wodurch eine Trennung der Gasgemische erreicht wird.

Merkmale der Stickstoffgeneratorausrüstung

Bequem und schnell

Dank fortschrittlicher Technologie und einem einzigartigen Luftstromverteilungssystem ist die Gasstromverteilung gleichmäßiger und ermöglicht eine effiziente Nutzung des Kohlenstoffmolekularsiebs. Qualifizierter Stickstoff kann innerhalb von etwa 20 Minuten hergestellt werden.

Einfache Bedienung

Die Ausrüstung zeichnet sich durch eine kompakte Struktur und ein integriertes, auf einem Rahmen montiertes Design aus, wodurch weniger Platz für die Installation benötigt wird und keine Bauinvestitionen erforderlich sind. Bei geringen Anfangsinvestitionen müssen Benutzer lediglich die Stromversorgung vor Ort anschließen, um mit der Stickstoffproduktion zu beginnen.

Wirtschaftlicher Betrieb

Die PSA-Technologie ist eine einfache und effiziente Methode zur Stickstofferzeugung, die Luft als Rohstoff nutzt. Sein Energieverbrauch ergibt sich hauptsächlich aus dem Stromverbrauch des Luftkompressors. Es zeichnet sich durch niedrige Betriebskosten, geringen Energieverbrauch und hohe Effizienz aus.