Stickstoffgewinnung aus Druckluft nutzt Kompressoren als Vorstufe

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Zur Erzeugung von bis zu 10 000 m3/h Stickstoff aus Druckluft sind das Membran- und PSA-Verfahren prädestiniert (Bild 2):

• Das Membranverfahren basiert auf der unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeit der Luftbestandteile in den Hohlfäden einer Polymermembran. Die mit ölgeschmierten Verdichtern erzeugte Druckluft wird dazu absolut ölfrei aufbereitet. Anschließend tritt sie je nach Anwendungsfall mit 4 bis 28 bar in die Membran ein. Infolge des semipermeablen Membranaufbaus entweichen nur bestimmte Gase. Weil Luftfeuchte, Sauerstoff und andere Luftbestandteile schneller durch die Membranen diffundieren als Stickstoff, wird dieser am Austritt der Membran angereichert. Der Reinheitsgrad des zu erzeugenden Stickstoffs wird über eine variierbare Durchsatzregelung festgelegt. Er beträgt bis zu 99,5% – auf Wunsch auch bis zu 99,8%. Die Membranenstandzeit kann bei optimierter Druckluftqualität bis zu 15 Jahre betragen.
• Das PSA-Verfahren (Pressure Swing Absorption, deutsch: Druckwechselverfahren) erzeugt Stickstoff mit einem Reinheitsgrad bis 99,9995%. Es nutzt dazu die Eigenschaft bestimmter Materialien aus, Sauerstoffmoleküle bei hohem Druck zu absorbieren und bei niedrigem Druck wieder abzugeben. Der Prozess läuft nicht kontinuierlich ab, weil das Absorptionsmaterial nach einigen Minuten Betrieb regeneriert werden muss. PSA-Anlagen arbeiten nach einem Prinzip, das mit einem Adsorptionstrockner vergleichbar ist. So verfügt die Anlage über zwei mit Adsorptionsmittel befüllte Behälter, die wechselweise genutzt und regeneriert werden. Das adsorbierende Material hat eine Standzeit von etwa 30000 Betriebsstunden.

Ölfreie Druckluft tritt vor der Stickstoff-Separierung mit 7 bar Druck in die PSA-Anlage ein

Die ölfreie Druckluft tritt in die PSA-Anlagen mit einem Druck von 7 bar ein. In der Anlage wird der Stickstoffanteil (rund 78%) aus der Druckluft separiert. Dabei lagert sich der in der Druckluft enthaltene Sauerstoffanteil (20,9%) an ein Aktivkohlegranulat an.

Vor Eintritt in den Stickstoffgenerator wird die Druckluft dreistufig zu Reinstluft aufbereitet: Ein vorgeschalteter Submikrofilter eliminiert Feuchtigkeits- und Ölaerosole (Restaerosolgehalt 0,01 mg/m3). Ein anschließender Aktivkohle-Adsorber bindet gasförmige Kohlenwasserstoffe und Geruchsstoffe. Ein Staubfilter hält dabei möglichen Aktivkohle-Abrieb zurück.

Obwohl die zur Regeneration erforderliche Stickstoffmenge anschließend ungenutzt in die Atmosphäre verpufft, ist die Gesamtleistung von PSA-Anlagen immer noch besser als von Membrananlagen. Die Regenerationsluft vermischt sich ohne Gefahrenpotenzial sofort mit der Umgebungsluft, so dass die Stickstoffanlage an jedem beliebigen Platz aufgestellt werden kann.

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