Wie arbeitet ein Stickstoffgenerator?
Unsere Umgebungsluft besteht hauptsächlich aus Stickstoff (78,1 %), Sauerstoff (20,9 %), Argon (1 %) und Spuren einiger anderer inerter Edelgase.
Der AIR SEPARATOR ist ein System, mit dem Sie aus der normalreinen Umgebungsluft Stickstoff herstellen können. Es handelt sich um ein Gas-Separations-System, dessen Funktion auf Diffusion in Hohlfaser-Membranen bzw. Druckwechseladsorbtion beruht.
Zum Aufbau eines vollständigen und betriebsfähigen Systems benötigen Sie außerdem ein Druckluftnetz oder einen eigenständigen Kompressor der vorgegebenen Kapazität.
Funktionsprinzip I
Diffusion in Hohlfasermembranen
Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasserstoff haben einen hohen Diffusionsgrad und verlassen auf Grund dessen das Luftgemisch sehr schnell. Stickstoff mit einem niedrigen Diffusionsgrad durchdringt die Hohlfasermembrane sehr langsam und reichert sich auf diese Weise beim Durchströmen der Hohlfaser an.
Langsame Moleküle wie Stickstoff, Argon und Methan fließen durch die Faserbündel und werden in einem Pufferbehälter gespeichert. Die sauerstoffangereicherte Abluft verläßt das Faserbündel seitlich und wird an die Umgebung abgegeben.
Die Reinheit des Stickstoff lässt sich mit dem Durchfluß durch die Membranen regeln. Je höher der Flow ist, desto größer ist auch der Anteil an Fremdgasen im Stickstoff. Dieses Restgas das hauptsächlich aus Sauerstoff besteht, enthält auch geringe Mengen an Argon und anderen Edelgasen. Diese kann man aber vernachlässigen und das gesamte Fremdgas als Sauerstoff ansehen. Die Reinheit des erzeugten Stickstoff ist von 95 bis 99,9 % einstellbar.
Funktionsprinzip II
Druckwechseladsorption
Ein weiteres Verfahren zur Gewinnung von Stickstoff ist das nach dem Druckwechselprinzip arbeitende BF-N2-Verfahren (BF = Bergbau Forschung GmbH, Essen) mit Kohlenstoff-Molekularsieb (CMS) als Adsorptionsmittel.
Die Trennung von Stickstoff und Sauerstoff ist infolge des kinetischen Effektes möglich. Der Sauerstoff wird von CMS mit erheblich größerer Geschwindigkeit adsorbiert als der Stickstoff, so dass am Austritt eines CMS-Bettes zunächst N2 erscheint und erst zeitlich verzögert O2. Der PSA-Prozess zur Stickstofferzeugung besteht aus zwei Zyklushälften.
Das Kohlenstoffmolekularsieb nimmt in der ersten Zyklus-hälfte aus unter Druck zugeführter Luft, die zu etwa 79 % aus Stickstoff und zu 21 % aus Sauerstoff besteht, den Sauerstoff auf und trennt ihn damit vom Stickstoff ab. Während dieser Phase kann der reine Stickstoff am Austritt des Adsorbers als Produktgas abgezogen werden. In der zweiten Zyklushälfte wird der Sauerstoff auf niedrigem Druckniveau aus dem Kohlenstoffmolekularsieb wieder freigesetzt und an die Umgebung abgegeben – danach kann der Zyklus wieder von vorne beginnen.
Das Adsorbens ist eine spezielle Aktivkohle. Kennzeichnend für alle Aktivkohlen ist das weitverzweigte Porensystem, bei dem unterschiedliche Porengrößen vorkommen. Die Poren werden in Makroporen (ab 25 nm), MesoporenT (1 bis 25 nm), Mikroporen (0,4 bis 1 nm) und Submikroporen (kleiner 0,4 nm) eingeteilt.
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