Stickstoff gilt als „fünftgrößter Energieversorger“ in der Industrieproduktion

Stickstoff, der als „fünftgrößter Energieversorger“ in der industriellen Produktion gilt, ist ebenso wichtig wie Wasser, Strom, Erdgas und Druckluft und wird in verschiedenen industriellen Szenarien häufig eingesetzt. Derzeit gibt es hauptsächlich zwei Möglichkeiten, Stickstoff zu gewinnen: Die eine besteht darin, sich auf Drittanbieter zu verlassen (z. B. Flaschengas, flüssigen Stickstoff und kryogene Luftzerlegung vor Ort), und die andere besteht darin, den Stickstoff vor Ort im eigenen Haus zu erzeugen. Mit den steigenden Anforderungen an Kostensenkung und Effizienz in der Industrie,Stickstofferzeugung vor Ortist zum Mainstream-Markttrend geworden.Atlas CopcoDurch die Nutzung seines Fachwissens im Bereich Gasausrüstung kann das Unternehmen maßgeschneiderte Lösungen zur Stickstofferzeugung vor Ort anbieten, die auf den spezifischen Reinheits- und Durchflussratenanforderungen eines Unternehmens basieren und Unternehmen dabei helfen, die Kosten zu kontrollieren und gleichzeitig die Stickstoffqualität zu maximieren. Dieser Artikel führt Sie durch die Entwicklungstrends, Kernvorteile, technischen Prinzipien und Branchenanwendungen der Stickstofferzeugung vor Ort und bietet Ihnen eine Referenz für die Auswahl Ihrer Stickstoffversorgungslösung.

Das traditionelle Modell, sich auf Stickstofflieferanten von Drittanbietern zu verlassen (z. B. Lagerung von Gasflaschen und Lagertanks für flüssigen Stickstoff), weist viele Schwachstellen auf: Logistik und Transport belasten die Umwelt stark, Mitarbeiter müssen Zeit für die Verwaltung der Lieferkette aufwenden, Gas wird leicht verschwendet, es bestehen Sicherheitsrisiken und die langfristigen Gesamtkosten sind hoch.

Die Stickstofferzeugung vor Ort kann diese Probleme perfekt lösen und ihre Hauptvorteile lassen sich in 6 Punkten zusammenfassen:

1. Niedrigere Kosten: Die Stückkosten für die Stickstoffproduktion betragen nur einen Bruchteil der Kosten von Drittanbietern, was zu erheblichen langfristigen Vorteilen führt;
2. Die Kosten sind kontrollierbar: Es besteht keine Notwendigkeit, langfristige und komplexe Lieferverträge mit Dritten abzuschließen, und die Kosten sind stabil und vorhersehbar;
3. Kein Abfall: Die Stickstoffproduktion ist direkt proportional zum Verbrauch und es entsteht kein ungenutztes oder verschwendetes Gas.
4. Reduzieren Sie die Verwaltungskosten: Eliminierung von Prozessen wie Stickstofftransport, Auftragsabwicklung und Zahlungsabstimmung, wodurch der erforderliche Verwaltungsaufwand reduziert wird;
5. Sicherer: Keine Notwendigkeit, große Mengen an Hochdruckgasflaschen oder flüssigem Stickstoff vor Ort zu lagern, wodurch Sicherheitsrisiken in der Arbeitsumgebung verringert werden;
6. Geringe Umweltbelastung: Reduziert den CO2-Ausstoß beim Transport und macht ressourcenintensive Lagerbehälter überflüssig.

Für Unternehmen mit einem stabilen täglichen Stickstoffbedarf ist die Stickstofferzeugung vor Ort zweifellos die bessere Wahl, da sie die betriebliche Effizienz in mehreren Dimensionen wie Lieferkette, Kosten und Sicherheit verbessern kann.

Die Stickstofferzeugung vor Ort basiert hauptsächlich auf zwei Kerntechnologien: Membrantrenntechnologie undDruckwechseladsorptionstechnologie (PSA).. Die beiden haben unterschiedliche Prinzipien und anwendbare Szenarien und können je nach den Bedürfnissen von Unternehmen flexibel ausgewählt werden.

Die Kernkomponente der Stickstofferzeugung durch Membrantrennung ist das „Membranmodul“ (ca. 10 cm Durchmesser), das mit einer Vielzahl hohler Polymerfasern gefüllt ist. Der Stickstofferzeugungsprozess kann als „Permeationstrennung“ zusammengefasst werden.

• Nachdem trockene und saubere Druckluft in das Membranmodul gelangt ist, passieren verschiedene Bestandteile der Luft aufgrund unterschiedlicher molekularer Eigenschaften die Polymerfaserwand mit unterschiedlicher Geschwindigkeit (dieser Vorgang wird „Osmose“ genannt).
• Wassermoleküle (H₂O) dringen am schnellsten ein und passieren als erste die Faserwand und werden ausgestoßen; Sauerstoffmoleküle (O₂) dringen am zweitschnellsten ein und werden später ausgestoßen.
• Stickstoffmoleküle (N₂) haben die langsamste Permeationsrate und können die Faserwand nicht passieren. Sie verbleiben schließlich in der Faser und strömen am anderen Ende der Membran aus, wodurch sie zu nutzbarem Stickstoffgas werden.
• Um zu verhindern, dass undurchlässige Gase einen Überdruck erzeugen und die Fasern im Inneren der Membranhülle verstopfen, ist die Membranhülle mit „Permeationsöffnungen“ ausgestattet, um „Abgase“ wie Wasser und Sauerstoff umgehend abzuführen.

• Die Ansaugluft muss sauber und trocken sein: Enthält die Druckluft flüssiges Wasser oder Verunreinigungen, verstopft es die Membranfasern und verkürzt deren Lebensdauer. Daher muss vor dem Stickstoffgenerator ein Wasserabscheider (z. B. ein Kältetrockner) installiert werden. Einige Modelle verfügen bereits über eingebaute Filter und Trockner, sodass keine zusätzliche Installation erforderlich ist.
• Eine geringe Menge Wasserdampf ist zulässig: Da die Membranfasern eine gewisse Menge Wasserdampf vertragen, ist eine übermäßige Behandlung der angesaugten Luftfeuchte nicht erforderlich, der Eintritt von flüssigem Wasser muss jedoch unbedingt vermieden werden.

Die Produktion von PSA-Stickstoff basiert auf einem „Adsorptions-Regenerations“-Zyklus. Die Kernkomponenten sind zwei Druckbehälter (Turm A und Turm B), die „Kohlenstoff-Molekularsiebe.“ Eine kontinuierliche Stickstoffproduktion wird durch den Wechsel der Betriebszustände der beiden Türme erreicht.

• Adsorptionsstufe: Trockene und saubere Druckluft gelangt in Turm A, und das Kohlenstoffmolekularsieb adsorbiert vorzugsweise Verunreinigungen wie Sauerstoff (O₂), Kohlendioxid (CO₂) und Wasserdampf (Sauerstoffmoleküle sind kleiner und können in die Poren des Molekularsiebs eindringen, während Stickstoffmoleküle größer sind und nicht eindringen können); Der nicht adsorbierte Stickstoff wird aus Turm A abgeführt und kann direkt verwendet oder gelagert werden.
• Regenerationsphase: Wenn Turm A mit Adsorption gesättigt ist, schaltet das System auf Turm B um (Turm B tritt in die Adsorptionsstufe ein und produziert kontinuierlich Stickstoff); Gleichzeitig fließt eine kleine Menge Stickstoff, der aus Turm A austritt, zurück in Turm A, wodurch der Druck im Inneren von Turm A verringert wird. Nach dem Druckabfall gibt das Kohlenstoffmolekularsieb den zuvor adsorbierten Sauerstoff frei, der vom umgekehrten Stickstoff weggetragen und ausgetragen wird.
• Die beiden Türme wechseln zwischen Adsorption und Regeneration, um eine kontinuierliche und stabile Stickstoffproduktion für 24 Stunden zu erreichen. Der Stickstoffgenerator der NGP+-Serie von Atlas Copco nutzt PSA-Technologie und ist ein „Plug-and-Play“-Gerät, das einfach zu bedienen und äußerst zuverlässig ist.

• Ansaugluft erfordert eine gründliche Behandlung: Druckluft muss getrocknet, entölt und entstaubt werden – wenn sie Öl oder Feuchtigkeit enthält, verunreinigt sie das Kohlenstoffmolekularsieb, was zu einer Verringerung der Adsorptionskapazität führt. Daher müssen zwischen Kompressor und Stickstoffgenerator ein Trockner, ein Ölfilter und ein Kohlefilter installiert werden.
• Fehlerschutz hinzufügen: Es wird empfohlen, Druck-, Temperatur- und Drucktaupunktsensoren im Stickstoffgenerator zu installieren. Sollte die angesaugte Luft nicht den Anforderungen entsprechen, kann rechtzeitig ein Alarm ausgelöst werden, um eine Kontamination des PSA-Systems zu vermeiden.

Stickstoffgas eignet sich aufgrund seiner inerten (geringen Reaktivität) sowie farb- und geruchlosen Eigenschaften für eine Vielzahl industrieller Anforderungen. Im Folgenden sind die wichtigsten Anwendungsszenarien aufgeführt:

• Kernfunktion: Sauerstoff in der Verpackung ersetzen, die Oxidation und den Verderb von Lebensmitteln verhindern und den Geschmack und das Aroma des Produkts bewahren; Gleichzeitig soll die Haltbarkeit verpackter Lebensmittel (z. B. Kartoffelchips, Backwaren und Getränkeabfüllungen) verlängert werden.

• Kernfunktion: Im Prozess der Arzneimittelherstellung und -verpackung schafft trockener Stickstoff eine „inerte Umgebung“, um zu verhindern, dass Sauerstoff unnötige chemische Reaktionen in Arzneimitteln verursacht, und um die Arzneimittelqualität sicherzustellen; Gleichzeitig hilft es Pharmaunternehmen, die Kosten für die Gasbeschaffung zu senken und die Compliance-Standards der Branche einzuhalten.

• Kernfunktion: Elektronische Komponenten stellen extrem hohe Anforderungen an die Produktionsumgebung. Stickstoff kann beim Schweißen, bei der Montage, bei der Lagerung und anderen Prozessen eingesetzt werden: Er verhindert die Oxidation von Bauteilen beim Schweißen, schafft eine saubere und kontrollierte Umgebung bei der Montage, vermeidet Feuchtigkeitsschäden bei der Lagerung und reduziert letztendlich die Fehlerquote.

• Kernfunktion: In analytischen Techniken wie zLC-MS(Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie) wird Stickstoff verwendet, um Lösungsmittel aus der Probe zu entfernen, um eine Beeinträchtigung der Messergebnisse durch Lösungsmittel zu vermeiden; Gleichzeitig kann eine neutrale Schutzumgebung geschaffen werden, um die Genauigkeit experimenteller Daten sicherzustellen.

• Kernfunktion: Verbesserung der Betriebssicherheit – Verwendung von Stickstoff zur Reinigung von Kompressorsystemen, Rohrleitungen und Reaktoren sowie Ableitung brennbarer und explosiver Gase zur Verhinderung von Bränden oder Explosionen; Es kann auch zur Entschäumung in Öllagertanks und zur Druckkontrolle bei Öl- und Gasbohrungen verwendet werden.

• Kernfunktion: Stickstoff kann die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung unter den „Wert“ senken.begrenzte Sauerstoffkonzentration(LOC)“ verhindert, dass brennbare Stoffe aufgrund von Sauerstoffmangel verbrennen. Es handelt sich um eine der Schlüsseltechnologien für den industriellen Brandschutz weltweit.

• Kernfunktionen: Deckt Branchen wie Automobilbau, Bauwesen, Metallverarbeitung, Luft- und Raumfahrt, Batterieproduktion und erneuerbare Energien ab und wird hauptsächlich in Szenarien wie Antioxidation, Druckkontrolle und Umweltschutz (z. B. Inertschutz bei der Metallwärmebehandlung und Feuchtigkeitsschutz bei der Batterieproduktion) eingesetzt.

Wenn Sie weitere Informationen zur Auswahl von Lösungen zur Stickstofferzeugung vor Ort benötigen (z. B. spezifische Anwendungsszenarien für PSA- und Membrantrennungstechnologien) oder Berechnungen des Bedarfs an stomisiertem Stickstoff erhalten möchten, hinterlassen Sie bitte eine Nachricht im Kommentarbereich. Weitere technische Informationen erhalten Sie auch über die offiziellen Kanäle von Atlas Copco.