Ein PSA (Pressure Swing Adsorption) Stickstoffgenerator mit einer Kapazität von 1000 Nm3/h und einem Entladedruck von 0,3 ∼ 0,6 MPa

Ein PSA-Stickstoffgenerator (Pressure Swing Adsorption) mit einer Kapazität von 1000 Nm³/h und einem Auslassdruck von 0,3–0,6 MPa ist ein Industriesystem, das mithilfe der Carbon Molecular Sieve (CMS)-Technologie Stickstoffgas aus Druckluft erzeugt. Diese Systeme werden häufig für die kontinuierliche Stickstoffproduktion vor Ort anstelle von Stickstoffflaschen oder der Lagerung von flüssigem Stickstoff verwendet.

Atmosphärische Luft enthält ungefähr:

• 78 % Stickstoff
• 21 % Sauerstoff
• Geringe Mengen Argon, CO₂ und Feuchtigkeit

Das PSA-System trennt Stickstoff aus Druckluft, indem es die unterschiedlichen Adsorptionsraten von Sauerstoff und Stickstoff auf dem CMS-Material nutzt.

Mit einem industriellen Luftkompressor wird die Umgebungsluft auf etwa 0,7–1,0 MPa komprimiert.

Druckluft strömt durch:

• Vorfilter
• Kühl- oder Adsorptionstrockner
• Ölentfernungsfilter

Dadurch wird Folgendes entfernt:

• Feuchtigkeit
• Öl
• Staubpartikel

Saubere und trockene Luft ist von entscheidender Bedeutung, da CMS durch Öl- oder Wasserverschmutzung beschädigt werden kann.

Druckluft gelangt in den ersten mit CMS gefüllten Adsorptionsturm.

CMS adsorbiert:

• Sauerstoff
• CO₂
• Wasserdampf

Stickstoffmoleküle dringen durch, weil sie langsamer diffundieren.

Hochreiner Stickstoff verlässt den Turm und gelangt in einen Stickstoffspeichertank.

Typischer Reinheitsbereich:

• 95 % bis 99,9995 %

Wenn Turm A gesättigt ist:

• Turm B beginnt mit der Adsorption
• Turm A baut den Druck ab und regeneriert sich

Dieses zyklische Umschalten wird als Druckwechseladsorption bezeichnet.

Der Prozess ist vollautomatisch und wird von einer SPS gesteuert.

Bietet Druckluftversorgung.

Typische Anforderung:

• Ölfreier oder ölarmer Schraubenkompressor
• Druck: 0,7–1,0 MPa

Entfernt Feuchtigkeit zum Schutz des CMS.

Typischer Taupunkt:

• ≤ −40 °C bis −45 °C

Entfernen:

• Ölaerosole
• Staub
• Kohlenwasserstoffe

Zwei vertikale Gefäße gefüllt mit CMS.

Funktionen:

• Adsorption
• Regeneration

Kerntrennmaterial.

Eigenschaften:

• Adsorbiert selektiv Sauerstoff
• Lange Lebensdauer (5–10+ Jahre)

Stabilisiert:

• Fließen
• Druck
• Reinheit

Kontrollen:

• Ventilumschaltung
• Druckregulierung
• Reinheitsüberwachung
• Alarmsysteme

Gemeinsame SPS:

• Siemens S7-1200 / S7-1500

Dies ist die wichtigste Voraussetzung.

Erforderlich:

• Sauber
• Trocken
• Ölfrei

Eine schlechte Luftqualität schadet dem CMS und verringert die Stickstoffreinheit.

Empfohlen:

• 0,7–0,8 MPa Kompressoraustrittsdruck

Niedriger Druck reduziert:

• Durchflussrate
• Reinheitsstabilität

Der Generatorraum sollte Folgendes haben:

• Guter Luftstrom
• Wenig Staub
• Kontrollierte Temperatur

Typische Wartung:

• Filter austauschen
• Rückschlagventile
• Kompressor prüfen
• Sauerstoffanalysator kalibrieren

Die Wartungskosten sind normalerweise niedrig (<1 % der Kapitalkosten pro Jahr).

Ungefährer Druckluftbedarf:

• 6.000–8.000 Nm³/h Druckluft
• (je nach Reinheitsanforderung)

Eine höhere Stickstoffreinheit erfordert:

• Mehr Druckluft
• Größere CMS-Betten

Typische Gesamtsystemleistung:

• 250–500 kW
• (hängt von der Kompressoreffizienz ab)

Eine typische Installation umfasst:

• Kompressorraum
• Trockner-/Filtergestell
• PSA-Schlitten
• Lagertank

Ungefähre Stellfläche:

• 80–200 m²

• Elektrisch
• 380V / 50Hz Industriestrom
• Kühlung
• Luftgekühlter oder wassergekühlter Kompressor
• Instrumentenluft
• Für pneumatische Ventilbetätigung

PSA-Stickstoffgeneratoren werden häufig verwendet, weil Stickstoff:

• Inert
• Nicht brennbar
• Oxidationsbeständig

Verwendet für:

• Verpackung unter modifizierter Atmosphäre (MAP)
• Snackverpackung
• Kaffeeverpackung

Verhindert Oxidation und verlängert die Haltbarkeit.

Verwendet in:

• Wellenlöten
• Reflow-Öfen
• Halbleiterfertigung

Sorgt für eine sauerstofffreie Atmosphäre.

Anwendungen:

• Tankabdeckung
• Spülen von Rohrleitungen
• Explosionsschutz

Verwendet für:

• Glühen
• Sintern
• Ofenschutz

Verhindert die Oxidation von Metallen.

Hochreiner Stickstoff als Hilfsgas für:

• Schneiden von Edelstahl
• Schneiden von Aluminium

Verwendet für:

• Inertisierungsreaktoren
• Verpackung
• Feuchtigkeitsschutz

Verwendet für:

• Spülung der Pipeline
• Druckprüfung
• Brandschutz

• Kontinuierliche Stickstoffversorgung vor Ort
• Niedrigere Betriebskosten als Zylinder
• Vollautomatisch
• Hohe Reinheit erreichbar
• Schneller Start
• Geringer Wartungsaufwand
• Sicherer als der Umgang mit flüssigem Stickstoff

• Benötigt hochwertige Druckluft
• Der Energieverbrauch des Kompressors ist erheblich
• Die CMS-Leistung nimmt bei Kontamination ab
• Eine höhere Reinheit verringert den Ausstoßfluss

Zu den modernen PSA-Systemen gehören:

• Sauerstoffanalysator
• Drucksensoren
• Durchflussmesser
• Automatische Reinheitskontrolle
• Notabschaltung
• Alarme für hohen/niedrigen Druck
• SPS-Touchscreen-HMI

Zu den erweiterten Systemen können auch gehören:

• Fernüberwachung
• SCADA-Integration
• IoT-Diagnose