Modularer Stickstoffgenerator

Ein PSA-Stickstoffgenerator mit Kohlenstoffmolekularsieb (CMS) ist mit zwei oder mehr Adsorptionstürmen ausgestattet, die mit Kohlenstoffmolekularsieben gefüllt sind. Saubere und trockene Druckluft wird in den PSA-Stickstoffgenerator geleitet und durchströmt die mit CMS beladenen Adsorptionstürme. Die Druckluft durchströmt die Adsorptionstürme von unten nach oben. Durch die unterschiedliche Adsorptionskapazität der Molekularsiebe für Stickstoff, Sauerstoff und andere Gase unter verschiedenen Drücken werden Komponenten wie Sauerstoff, Wasser und Kohlendioxid an der Oberfläche des Kohlenstoffmolekularsiebs adsorbiert, während der nicht adsorbierte Stickstoff am Auslass als Produktgas aufgefangen wird. Er strömt aus dem oberen Teil des Adsorptionsturms und gelangt in den Stickstoff-Ausgleichsbehälter. Nach einer gewissen Zeit erreicht der vom Kohlenstoffmolekularsieb im Adsorptionsturm adsorbierte Sauerstoff die Sättigung und muss regeneriert werden.

Die Regeneration erfolgt durch Stoppen des Adsorptionsprozesses und Reduzierung des Drucks im Adsorptionsturm. Nach Abschluss der Adsorption wird der Adsorptionsturm nach Druckausgleich drucklos gemacht, wodurch adsorbierter Sauerstoff, Wasser, Kohlendioxid und andere Komponenten desorbiert werden und der Regenerationsprozess abgeschlossen ist.

Zwei oder mehr Adsorptionstürme wechseln sich zwischen Adsorption und Regeneration ab und erzeugen so Stickstoff mit stabiler Durchflussrate und Reinheit. Die Umschaltung der Adsorber erfolgt automatisch durch programmgesteuerte Ventile, die von einem automatischen Steuerungssystem geregelt werden. Die Leistung eines PSA-Stickstoffgenerators hängt von der Leistungsfähigkeit der Komponenten ab, darunter Adsorber, Kohlenstoffmolekularsiebe, Prozessablauf, Anlagenstruktur und elektromagnetische pneumatische Ventile.

Die Druckwechseladsorptions-Luftzerlegung zur Stickstoffgewinnung (kurz: PSA-Stickstoffgewinnung) ist eine fortschrittliche Gastrenntechnologie. Sie nutzt hochwertige Kohlenstoffmolekularsiebe als Adsorptionsmittel und wendet das Prinzip der Druckwechseladsorption (PSA) bei Raumtemperatur an, um Luft zu trennen und hochreinen Stickstoff zu erzeugen.

Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle diffundieren unterschiedlich schnell an der Oberfläche von Molekularsieben. Kleinere Moleküle (O₂) diffundieren schneller und dringen in mehr Mikroporen des Kohlenstoffmolekularsiebs ein, während größere Moleküle (N₂) langsamer diffundieren und in weniger Mikroporen eindringen. Durch Ausnutzung dieses selektiven Adsorptionsunterschieds von Kohlenstoffmolekularsieben für Stickstoff und Sauerstoff wird Sauerstoff in der Adsorptionsphase und Stickstoff in der Gasphase innerhalb kurzer Zeit angereichert. Dies ermöglicht die Sauerstoff-Stickstoff-Trennung und führt unter PSA-Bedingungen zur Anreicherung von Stickstoff in der Gasphase. Das Adsorptionsgesetz für Sauerstoff an Kohlenstoffmolekularsieben lässt sich wie folgt zusammenfassen: Adsorption bei hohem Druck, Desorption bei niedrigem Druck.

Nach einer gewissen Zeit stellt sich ein Gleichgewicht bei der Sauerstoffadsorption durch das Molekularsieb ein. Da die Adsorptionskapazität von Kohlenstoffmolekularsieben für adsorbierte Gase druckabhängig ist, wird der Druck reduziert, um Sauerstoff vom Kohlenstoffmolekularsieb zu desorbieren – dies ist der Regenerationsprozess. Je nach Regenerationsdruck unterscheidet man zwischen Vakuum- und Atmosphärenregeneration. Die Vakuumregeneration ermöglicht eine gründliche Regeneration der Molekularsiebe und die einfache Gewinnung von hochreinem Gas, während die Atmosphärenregeneration ein vereinfachtes System mit hoher Langlebigkeit und Zuverlässigkeit darstellt.

Ein Druckwechseladsorptions-Stickstoffgenerator (kurz PSA-Stickstoffgenerator) ist eine Stickstofferzeugungsanlage, die nach dem Prinzip der Druckwechseladsorption entwickelt und hergestellt wird. Er besteht üblicherweise aus zwei parallelen Adsorptionstürmen. Das automatische Steuerungssystem regelt die zeitliche Abfolge präzise gemäß einem spezifischen programmierbaren Programm, um abwechselnd Druckadsorption und Druckentlastungsregeneration durchzuführen. Dadurch wird die Sauerstoff-Stickstoff-Trennung erreicht und der benötigte hochreine Stickstoff gewonnen.

Luftkompressor → Druckluft-Ausgleichsbehälter → Filterklasse 9(C) → Kältetrockner → Filterklasse 7(T) → Filterklasse 5(A) → Filterklasse 3 (Aktivkohlefilter) → Modulare PSA-Stickstoffgenerator-Haupteinheit → Stickstoff-Ausgleichsbehälter → Durchflussmesser → Entnahmestelle

Der modulare Stickstoffgenerator besteht aus Aluminiumlegierungsmodulen, üblicherweise drei oder vier Reihen. Die drei Modulreihen entsprechen dem Adsorptionsturm A, dem Adsorptionsturm B und dem (eingebauten) Prozesstank. Die Stickstoffausbeute ist wie folgt: Reinheit 99,5 %: Durchflussrate 7,5–77 Nm³/h; Reinheit 99,9 %: Durchflussrate 5,5–55 Nm³/h; Reinheit 99,99 %: Durchflussrate 3,9–39 Nm³/h; Reinheit 99,999 %: Durchflussrate 2,5–39 Nm³/h.
Für höhere Durchflussraten werden vier Reihen von Aluminiumlegierungsmodulen eingesetzt, die jeweils zwei Adsorptionstürmen A und zwei Adsorptionstürmen B entsprechen, jeweils mit einem separaten Prozesstank. Die Stickstoffausbeute ist wie folgt: Reinheit 99,5 %: Durchflussrate 77–154 Nm³/h; Reinheit 99,9 %: Durchflussrate 55–110 Nm³/h; Reinheit 99,99 %: Durchflussrate 39–80 Nm³/h; Reinheit 99,999 %: Durchflussrate 25–50 Nm³/h.

1. Kompakte Bauweise, hohe Effizienz und Energieeinsparung

Der modulare Stickstoffgenerator zeichnet sich durch ein fortschrittliches Prozessablaufdesign mit vereinfachter Struktur aus, wodurch der Platzbedarf deutlich reduziert wird. Kernstück ist der Ersatz herkömmlicher Adsorptionstürme aus Kohlenstoffstahl durch leichte und hochfeste Aluminiumlegierungsmodule. Dies ermöglicht nicht nur ein geringeres Gewicht, sondern reduziert auch das Gesamtvolumen erheblich. Die kompakte Bauweise eignet sich besonders für Umgebungen mit begrenztem Platzangebot, wie z. B. mobile Plattformen, kleine Werkstätten oder integrierte Produktionslinien. Der modulare Aufbau in Kombination mit optimierten Luftverteilungs- und Steuerungsstrategien senkt den Gesamtenergieverbrauch für Luftkompression, -reinigung und Stickstoffproduktion signifikant und reduziert somit die langfristigen Betriebskosten effektiv.

2. Hochpräzise Online-Überwachung, einfache Wartung

Die Anlage ist mit importierten Hochpräzisionsanalysatoren ausgestattet, die eine Echtzeit-Online-Überwachung von Stickstoffreinheit und -durchflussrate ermöglichen und so die stabile und zuverlässige Qualität des Ausgangsgases gewährleisten. Die Analysatoren verfügen über automatische Kalibrierungs- und Fehlerdiagnosefunktionen, wodurch ein wartungsfreier Betrieb weitgehend realisiert und die Häufigkeit manueller Eingriffe sowie die damit verbundenen Wartungskosten reduziert werden. Über die Mensch-Maschine-Schnittstelle können Anwender alle wichtigen Parameter in Echtzeit einsehen und bei Bedarf Reinheitsalarmschwellenwerte festlegen, was den intelligenten Betrieb des Systems weiter optimiert.

3. Fortschrittliches Molekularsieb-Füllverfahren, verlängerte Lebensdauer

Der modulare Stickstoffgenerator nutzt das sogenannte „Blizzard“-Verfahren zur Befüllung mit Molekularsieben. Dieses Verfahren befüllt das Molekularsieb gleichmäßig und langsam und vermeidet so die Kollision und Pulverisierung der Molekularsiebpartikel durch den Hochdruckluftstrom, wie sie bei herkömmlichen Befüllungsmethoden auftritt. Das Molekularsieb ist im Adsorptionsturm gleichmäßig und hochdicht verteilt, was die Adsorptionseffizienz verbessert, die Lebensdauer deutlich verlängert und die Austauschhäufigkeit sowie die Materialkosten reduziert.

4. Flexible Mobilität, intuitive und komfortable Bedienung

Diese Art von Ausrüstung ist üblicherweise mobil konstruiert, um einen flexiblen Einsatz an verschiedenen Standorten zu ermöglichen. Das Bedienfeld ist übersichtlich gestaltet und verfügt über vier wichtige Manometer, die den Eingangsdruck, den Druck der Adsorptionstürme A/B und den Stickstoffdruck am Ende des Betriebs anzeigen. So ist der Betriebszustand auf einen Blick erkennbar. Ein Stickstofftransmitter und ein Durchflusssensor sind im Schaltschrank integriert. Die Daten können zentral über den Touchscreen angezeigt und zur Fernüberwachung an das zentrale Steuerungssystem übertragen werden. Ein Not-Aus-Schalter, Betriebszustandsanzeigen und umfassende Alarmmeldungen sind im unteren Bereich der Ausrüstung angebracht und erhöhen die Betriebssicherheit und die Reaktionsfähigkeit im Notfall zusätzlich.

5. Hoher Grad an Individualisierung, anpassbar an vielfältige Anforderungen

Der modulare Stickstoffgenerator ermöglicht individuelle Anpassungen an die spezifischen Anwendungsszenarien, Gasmengenanforderungen, Standortbedingungen und funktionalen Anforderungen der Kunden. Gängige Bauformen sind die Skid-Montage, die Kastenbauweise und die Modulintegration. Auch die elektrische Steuerung lässt sich flexibel in verschiedenen Ausführungen realisieren, beispielsweise mit unabhängigen oder zentralen Schaltschränken. Dieser hohe Grad an Individualisierung gewährleistet die nahtlose Integration in bestehende Produktionsprozesse und maximiert die Effizienz des Geräts.

6. Breites Anwendungsspektrum

Dank seiner stabilen und zuverlässigen Leistung sowie seines flexiblen Designs spielt der modulare Stickstoffgenerator in zahlreichen Branchen eine wichtige Rolle. Elektronikindustrie: Schutzgase in der Halbleiterproduktion, beim Löten von Leiterplatten und anderen Prozessen; Lebensmittel- und Getränkeindustrie: Anwendungen in der Lebensmittelverpackung, -lagerung und -frischhaltung sowie in der Getränkeabfüllung; Chemie- und Pharmaindustrie: Einsatz als Reaktionsschutzgas, Fördergas oder Verpackungsgas für pharmazeutische Produkte; Metallverarbeitung: Oxidationsschutz bei Wärmebehandlung, Löten, Sintern und anderen Prozessen; Mobile Anwendungen: Temporäre Stickstoffversorgung, z. B. bei der Stickstoffinjektion in Ölfeldern, der Schiffsversorgung und bei Wartungsarbeiten vor Ort.