Kann Luft „Stickstoff produzieren“? Dieser Artikel erklärt das Funktionsprinzip von PSA-Stickstoffgeneratoren auf einfache Weise

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Stickstoff hat ein breites Anwendungsspektrum im industriellen Bereich – er wird zur Verhinderung von Oxidation bei der Wärmebehandlung von Metallen, zur Erhaltung der Frische bei der Lebensmittelverpackung und zur Inertgasabdichtung in der chemischen Produktion eingesetzt.

Obwohl etwa 78 % der Luft Stickstoff sind, ist es nicht einfach, effizient und kostengünstig hochreinen Stickstoff aus der Luft zu trennen. Im Vergleich zur herkömmlichen Flüssigstickstoffversorgung ist der PSA-Stickstoffgenerator (Druckwechseladsorptions-Stickstofferzeugungsgerät) aufgrund seiner einfachen Struktur, seines geringen Energieverbrauchs und seines schnellen Starts zur wichtigsten Lösung für die Stickstofferzeugung vor Ort geworden. Sein Prinzip ist untrennbar mit einem Schlüsselmaterial verbunden – dem Kohlenstoffmolekularsieb.

Kohlenstoffmolekularsiebe sind eine Art mikroporöses Adsorptionsmittel aus Kohle. Ihre Porengrößenverteilung ist äußerst präzise und liegt genau im kritischen Bereich für die Diffusion von Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen.

Die PSA-Stickstofferzeugung nutzt genau dieses Prinzip der „dynamischen Trennung“:

• Die Sauerstoffmoleküle haben ein kleineres Volumen und eine schnellere Diffusionsrate und können vom Kohlenstoffmolekularsieb bevorzugt adsorbiert werden.
• Die Stickstoffmoleküle diffundieren langsam und haben Schwierigkeiten, in die Mikroporen einzudringen, wodurch sie sich in der Gasphase anreichern.

Das bedeutet, dass beim Durchströmen der Luft durch den Adsorptionsturm Sauerstoffmoleküle adsorbiert werden, während Stickstoffmoleküle zurückbleiben. Dieser scheinbar einfache physikalische Prozess ist tatsächlich das Ergebnis einer präzisen Steuerung von Zeit, Druck und Durchflussrate.

Das PSA-System besteht in der Regel aus zwei Adsorptionstürmen, die abwechselnd Adsorption und Regeneration durchführen, um eine kontinuierliche Stickstoffproduktion zu erreichen.

• Druckadsorption
  Druckluft strömt in den Adsorptionsturm. Sauerstoffmoleküle werden vom Kohlenstoffmolekularsieb bevorzugt adsorbiert. Das aus dem oberen Teil des Turms austretende Gas ist hochreiner Stickstoff.
• Druckentspannungsregeneration
  Wenn das Kohlenstoffmolekularsieb seinen Adsorptionssättigungspunkt erreicht, sinkt der Druck im Turm, und die Sauerstoffmoleküle werden desorbiert und abgeleitet. Das Adsorptionsmittel gewinnt dann seine Aktivität zurück.

Wenn die beiden Türme abwechselnd arbeiten, kann eine kontinuierliche Stickstoffversorgung erreicht werden. Der gesamte Prozess ist vollautomatisch und erfordert keine manuelle Bedienung. Nach dem Einschalten kann reiner Stickstoff mit einer Reinheit von bis zu 95 % bis 99,9995 % erzeugt werden.