Stickstoffbedarf in verschiedenen Industrien

1. Metallurgie und Metallverarbeitung

Einige Anwendungen in diesen Industrien erfordern Stickstoff mit einer Reinheit von über 99,5 %, während andere hochwertigen Stickstoff mit einer Reinheit von über 99,9995 % und einem Taupunkt unter -65 °C benötigen. Die tatsächlichen Stickstoffreinheitsanforderungen sollten gemäß dem spezifischen Produktionsprozess und der Anwendung des Kunden ermittelt werden.

2. Chemie- und neue Werkstoffindustrien

Im Allgemeinen haben diese Industrien keine sehr strengen Anforderungen an die Stickstoffreinheit. Stickstoff mit einer Reinheit von über 98 % kann in vielen Anwendungen eingesetzt werden. Die tatsächlichen Anforderungen hängen jedoch vom spezifischen Produktionsprozess des Kunden ab.

3. Lebensmittel- und Pharmaindustrie

Die meisten Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung erfordern keine extrem hohe Stickstoffreinheit. Stickstoff mit einer Reinheit von 99,5 %–99,9 % kann im Allgemeinen ihre Anforderungen erfüllen. Einige Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung erfordern jedoch aufgrund spezifischer Prozessanforderungen eine Stickstoffreinheit von 99,99 %.

Die Pharmaindustrie benötigt typischerweise Stickstoff mit einer Reinheit von 99,99 %, und für die Ausrüstung und die gasberührenden Komponenten sind im Allgemeinen Edelstahlmaterialien erforderlich.

4. Elektronikindustrie

Die Elektronikindustrie hat im Allgemeinen relativ hohe Anforderungen an die Stickstoffreinheit und benötigt typischerweise Stickstoff mit einer Reinheit von 99,99 % oder höher.

Vergleich verschiedener Arten von Stickstoffgeneratoren

1. Kryogener Luftzerlegungs-Stickstoffgenerator

Die kryogene Luftzerlegung ist eine traditionelle Methode zur Stickstofferzeugung, die seit mehreren Jahrzehnten angewendet wird. Sie verwendet Luft als Rohmaterial. Die Luft wird zunächst komprimiert und gereinigt und dann durch einen Wärmeaustauschprozess verflüssigt, um flüssige Luft zu erzeugen.

Flüssige Luft besteht hauptsächlich aus flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff. Da Sauerstoff und Stickstoff bei atmosphärischem Druck unterschiedliche Siedepunkte haben, etwa -183 °C für Sauerstoff und -196 °C für Stickstoff, können sie durch fraktionierte Destillation von flüssiger Luft getrennt werden, um Stickstoff zu erzeugen.

Kryogene Luftzerlegungs-Stickstofferzeugungssysteme sind komplex und erfordern eine relativ große Installationsfläche. Sie sind auch mit höheren Infrastrukturkosten, erheblichen Anfangsinvestitionen, relativ hohen Betriebskosten und einer längeren Anlaufzeit, typischerweise etwa 12–24 Stunden, verbunden.

Die Installationsanforderungen sind ebenfalls relativ anspruchsvoll, was zu einer längeren Installations- und Inbetriebnahmezeit führt.

Unter Berücksichtigung der Ausrüstungs-, Installations- und Infrastrukturkosten können für Systeme unter etwa 3.500 Nm³/h die Investitionskosten eines PSA-Stickstofferzeugungssystems gleicher Kapazität 20 %–50 % niedriger sein als die eines kryogenen Luftzerlegungssystems.

Die kryogene Luftzerlegung eignet sich besser für die großtechnische industrielle Stickstoffproduktion, während sie für die kleine und mittlere Stickstoffproduktion möglicherweise weniger wirtschaftlich ist.

2. PSA-Stickstoffgenerator

Die PSA-Stickstofferzeugung verwendet Luft als Rohmaterial und Kohlenstoffmolekularsieb (CMS) als Adsorptionsmittel. Basierend auf dem Prinzip der Druckwechseladsorption adsorbiert CMS selektiv Sauerstoff und trennt ihn von Stickstoff.

Im Vergleich zu traditionellen Stickstofferzeugungsmethoden bietet die PSA-Stickstofferzeugung mehrere Vorteile, darunter:

• Einfacher Prozessablauf

• Hoher Automatisierungsgrad

• Schnelle Stickstoffproduktion, typischerweise innerhalb von 15–30 Minuten

• Geringer Energieverbrauch

• Einstellbare Stickstoffreinheit gemäß den Benutzeranforderungen

• Einfache Bedienung und Wartung

• Relativ niedrige Betriebskosten

• Starke Anpassungsfähigkeit an verschiedene Anwendungen

Aufgrund dieser Vorteile sind PSA-Stickstoffgeneratoren für Stickstoffproduktionskapazitäten unter etwa 1.000 Nm³/h sehr wettbewerbsfähig.

Sie werden bei kleinen und mittleren Stickstoffnutzern immer beliebter und haben sich für viele kleine und mittlere Anwendungen zu einer bevorzugten Lösung für die Stickstofferzeugung entwickelt.

3. Membran-Stickstoffgenerator

Die Membran-Stickstofferzeugung verwendet Luft als Rohmaterial. Unter einem bestimmten Betriebsdruck haben verschiedene Gasbestandteile wie Sauerstoff und Stickstoff unterschiedliche Permeationsraten durch die Membran. Dieser Unterschied in der Permeation ermöglicht die Trennung von Sauerstoff und Stickstoff.

Im Vergleich zu anderen Stickstofferzeugungstechnologien bietet der Membran-Stickstoffgenerator mehrere Vorteile:

• Einfachere Struktur

• Kompaktere Größe

• Keine Schaltventile

• Geringerer Wartungsaufwand

• Sehr schnelle Gasproduktion, typischerweise innerhalb von 3 Minuten

• Einfache Kapazitätserweiterung

Membran-Stickstoffgeneratoren eignen sich besonders für kleine und mittlere Stickstoffnutzer, die eine Stickstoffreinheit von 98 % oder niedriger benötigen, und bieten ein attraktives Preis-Leistungs-Verhältnis.

Wenn die Anforderungen an die Stickstoffreinheit 98 % übersteigen, können die Kosten eines Membran-Stickstoffgenerators um mehr als 15 % höher sein als die eines PSA-Stickstoffgenerators mit gleicher Kapazität.

Faktoren, die die Kosten von Stickstoffgeneratoren beeinflussen

Die Gesamtkosten eines Stickstofferzeugungssystems werden von mehreren Faktoren beeinflusst:

1. Anfangsinvestition in das System

Die anfänglichen Anschaffungskosten des vollständigen Stickstofferzeugungssystems sind ein wichtiger Faktor. Es gibt viele Marken auf dem Markt, und die Produktqualität ist im Allgemeinen eng mit dem Preis verbunden.

2. Stabilität der Ausrüstung und erwartete Lebensdauer

Die langfristige Betriebsstabilität und die erwartete Lebensdauer der Stickstofferzeugungsausrüstung wirken sich direkt auf die Gesamtkosten des Eigentums aus.

3. Jährliche Betriebs- und Wartungskosten

Routinebetriebs-, Wartungs- und Servicekosten sollten ebenfalls bei der Bewertung der Gesamtkosten eines Stickstofferzeugungssystems berücksichtigt werden.

4. Tägliche Strom- und Wasserverbrauch

Die täglichen Nebenkosten, einschließlich Strom- und Wasserverbrauch, sind ein weiterer wichtiger Faktor, der die gesamten Betriebskosten eines Stickstoffgenerators beeinflusst.