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Stickstoffgenerator , auch als Stickstoffgasgenerator bekannt, trennt Stickstoffgas (N2) aus der Umgebungsluft, die zu etwa 78 % aus Stickstoff und 21 % Sauerstoff sowie Spuren anderer Gase besteht. Es gibt zwei Hauptmethoden, mit denen Stickstoffgeneratoren diese Trennung erreichen: Druckwechseladsorption (PSA) und Membrantrennung. So funktioniert jede Methode:
1. Druckwechseladsorption (PSA):
Der PSA-Prozess beruht auf den unterschiedlichen Adsorptionseigenschaften von Gasen an einem festen Adsorptionsmaterial, typischerweise Kohlenstoff-Molekularsieben. Hier finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Erklärung zur Funktionsweise eines PSA-Stickstoffgenerators:
Adsorptionsphase: Der Prozess beginnt mit einem Paar Adsorptionssäulen, die mit Kohlenstoffmolekularsieben gefüllt sind. Während dieser Phase wird Druckluft (die Sauerstoff, Stickstoff und andere Gase enthält) in eine Säule eingeleitet, während die andere Säule inaktiv bleibt.
Selektive Adsorption: Die Kohlenstoffmolekularsiebe haben eine größere Affinität zu Sauerstoff und anderen Verunreinigungen als zu Stickstoff. Dadurch absorbieren die Siebe den Sauerstoff und andere Spurengase, sodass der Stickstoff relativ ungehindert passieren kann.
Stickstoffproduktion: Das mit Stickstoff angereicherte Gas wird dann von der aktiven Säule gesammelt und als Produktgas geliefert. Dieser Stickstoff ist von hoher Reinheit und liegt je nach Anwendung und Generatordesign typischerweise zwischen 95 % und 99,999 %.
Säulenwechsel: Nach einer vorgegebenen Zeit oder wenn die aktive Säule mit adsorbierten Gasen gesättigt ist, wechseln die Säulen ihre Rollen. Die zuvor aktive Säule tritt in die Desorptionsphase ein, während die andere Säule für die Stickstoffproduktion aktiv wird.
Desorptionsphase: Während dieser Phase werden die adsorbierten Gase durch Druckreduzierung aus der gesättigten Säule freigesetzt. Dieser als Desorption oder Regeneration bezeichnete Prozess bereitet die Säule auf den nächsten Adsorptionszyklus vor.
Kontinuierlicher Betrieb: Der Generator wechselt zyklisch zwischen den Adsorptions- und Desorptionsphasen und gewährleistet so eine kontinuierliche Versorgung mit hochreinem Stickstoffgas.
2. Membrantrennung:
Membran-Stickstoffgeneratoren verwenden ein anderes Prinzip zur Trennung von Stickstoff aus der Luft, basierend auf Unterschieden in der Gasdurchlässigkeit durch eine semipermeable Membran. So funktioniert ein Membran-Stickstoffgenerator:
Membranmaterial: Der Generator enthält eine Membran aus einem Material mit selektiver Permeabilität. Diese Membran lässt Stickstoffmoleküle leichter passieren als Sauerstoffmoleküle und andere Gase.
Luftkompression: Druckluft wird einer Seite der Membran zugeführt. Diese Druckluft enthält eine Mischung aus Sauerstoff und Stickstoff.
Gastrennung: Während die Luft durch die Membran strömt, diffundieren die Stickstoffmoleküle leichter durch die Membran als Sauerstoffmoleküle. Diese selektive Permeation führt zu einem Strom aus angereichertem Stickstoff auf einer Seite der Membran und einem mit Sauerstoff angereicherten Strom auf der anderen Seite.
Stickstoffsammlung: Das mit Stickstoff angereicherte Gas wird auf der Seite der Membran gesammelt, durch die es eingedrungen ist, während der mit Sauerstoff angereicherte Strom bei Bedarf freigesetzt oder weiterverarbeitet werden kann.
Kontinuierlicher Betrieb: Membran-Stickstoffgeneratoren sorgen für eine kontinuierliche Versorgung mit Stickstoffgas, solange dem System Druckluft zugeführt wird.
Sowohl PSA- als auch Membran-Stickstoffgeneratoren bieten zuverlässige Stickstoffgasquellen mit unterschiedlichen Reinheitsgraden und Durchflussraten, wodurch sie für ein breites Spektrum industrieller, kommerzieller und wissenschaftlicher Anwendungen geeignet sind. Die Wahl zwischen diesen Methoden hängt von Faktoren wie der erforderlichen Reinheit, der Durchflussrate und den spezifischen Anwendungsanforderungen ab.
