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Wie funktioniert der Stickstoffgasgenerator?? – PSA vs. Membran vs. kryogen

Das Funktionsprinzip des Stickstoffgenerators unterscheidet sich je nach Typ. Und es gibt drei Haupttypen von N2-Erzeugungssystemen. Der erste ist der PSA-Stickstoffgenerator. Es nutzt das Prinzip der Druckwechseladsorption. Dies ist der häufigste Typ. Der zweite ist der Membran-Stickstoffgenerator. Es nutzt das Prinzip der molekularen Membranpenetration. Der dritte ist der kryogene Stickstoffgenerator. Es nutzt das Prinzip der kryogenen Kühlung und Trennung. Es kann Stickstoff mit einer Reinheit von ≧99,999 % produzieren.

Wie funktionieren diese drei Arten von n2-Generatoren?? Was sind die Vor- und Nachteile jedes einzelnen davon?? Als nächstes stellen wir jeweils deren Funktionsprinzip vor. Wir werden auch diese drei Arten von Stickstofferzeugungssystemen vergleichen.

 

psa n2 generator system

 

Funktionsprinzip des PSA-Stickstoffgenerators

Es verwendet einen Doppelturm-Adsorptionsmodus. Und Adsorptionsmittel ist Kohlenstoff-Molekularsieb. Die SPS steuert das Pneumatikventil für den automatischen Betrieb. Die A- und B-Türme wechseln sich zur Adsorption und Regeneration ab. Vervollständigen Sie die Trennung von N2 und O2. Endlich erhalten Sie das hochreine Stickstoffgas.

 

carbon molecular sieve of industrial nitrogen generator

 

(1) Wie funktioniert ein PSA-n2-Gasgenerator??

Kohlenstoffmolekularsiebe können Sauerstoff und Stickstoff in der Luft adsorbieren. Ihre Adsorptionsgeschwindigkeit ist jedoch nicht gleich. Der O2-Durchmesser ist kleiner als der N2-Durchmesser. Deshalb, Sauerstoff diffundiert hunderte Male schneller als Stickstoff. Molekularsiebe absorbieren O2 schneller. Die Adsorption erreicht mehr als 90% in ungefähr 1 Minute. Zu diesem Zeitpunkt, Die Adsorptionsmenge an Stickstoff beträgt nur ca 5%. Der größte Teil der Adsorption erfolgt also durch O2. Der größte Teil des Rests ist N2-Gas.

Durch die Erhöhung des Adsorptionsdrucks kann gleichzeitig die Adsorptionskapazität von O2 und N2 erhöht werden. Neben, die Steigerungsrate der O2-Adsorption ist größer. Der Druckwechseladsorptionszyklus ist kurz. Die Adsorptionsmenge von O2 und N2 ist weit vom Gleichgewicht entfernt (Maximalwert). Zusätzlich, Es gibt Unterschiede in den Diffusionsgeschwindigkeiten von O2 und N2. Deshalb, Dadurch übersteigt die Adsorptionsmenge von O2 die von N2 in kurzer Zeit erheblich.
Kohlenstoffmolekularsiebe haben selektive Adsorptionseigenschaften. Die Stickstofferzeugung durch Druckwechseladsorption nutzt genau diese Eigenschaft. Es übernimmt die Zyklusperiode der Druckadsorption und Dekompressionsdesorption. Die Druckluft gelangt abwechselnd in die Adsorptionstürme. Es kann eine Luftzerlegung realisieren. Dadurch wird kontinuierlich hochreiner Stickstoff produziert.
psa nitrogen plant working principle

(2) Arbeitsablauf des N2-PSA-Systems

① Zwischendruckausgleich

Nach 50 Sekundenbetrieb des Adsorptionsturms A, Das Kohlenstoffmolekularsieb neigt zur Sättigung. Dann kommt es rein 2 Sekunden ungleiche Druckausgleichsstufe (Ventile V3, V4,V8 sind geschlossen). Im Adsorptionsturm A befindet sich halbfertiger Hochdruckstickstoff. Dieses N2-Gas gelangt über die Ventile V7 und V10 in den Adsorptionsturm B. Dadurch herrscht in beiden Türmen der gleiche Druck. Nach Druckausgleich, Die Ventile sind alle geschlossen.

② Ein Turm führt die Adsorption durch, B-Turm nicht

Einlass- und Auslassventil V1 öffnet. (Ventil V1 und V2, Ventil V6 und V7 öffnen im Betrieb jeweils nur eines. oder sie werden gleichzeitig geschlossen). Die Druckluft gelangt über die Rohrleitung in den Adsorptionsturm A und beginnt mit der Voradsorption. Der Prozess der Stickstoffgasproduktion beginnt. Ventil V6 öffnet sich, um den fertigen Stickstoff in den Lagertank zu fördern.

③ Adsorption im Turm B, Desorption im Turm A

Ventile V2, V3 geöffnet. Anschließend gelangt Druckluft in den Adsorptionsturm B. Die Adsorptionsarbeiten beginnen. Zusätzlich, Ventile V7, V9 öffnet sich mit etwas Verzögerung. Stickstoffgas in den Lagertank einleiten. Gleichzeitig, das Ventil V5 öffnet. Leiten Sie Fremdgas aus Turm A in die Atmosphäre ab. Das ist, Verwenden Sie den Spurenstickstoff oben im Turm, um das Fremdgas zurückzublasen. Dieser Vorgang dauert so lange, bis die Adsorption von Turm B abgeschlossen ist. Alle Ventile werden geschlossen, um in den Druckausgleichszustand zu gelangen.

Oben ist also das Funktionsprinzip des Stickstoffgasgenerators dargestellt.

 

V1 ●
V2 ●
V3 ● ● ●
V4 ● ● ●
V5 ● ● ● ●
V6 ● ● ● ●
V7 ●
V8 ●
V9 ● ●
V10 ● ●
Zeit 1 Zweite 1~51 Sekunden 52 Zweite 53 Zweite 53~103 Sekunden 104 Zweite
Status Turm-A-Adsorption, Regeneration von Turm B Turm-B-Adsorption, Turm-A-Regeneration

Notiz: ● bedeutet, dass das Ventil öffnet.

 

Funktionsprinzip des Membran-Stickstoffgasgenerators

Die Permeationsrate verschiedener Gase auf Polymermembranen variiert. Der Membran-N2-Generator nutzt diese Eigenschaft, um eine Gastrennung durchzuführen. Die Trennung wird durch den Partialdruckunterschied zwischen den beiden Seiten der Membran vorangetrieben. Deshalb, Die Membrantechnologie erfordert keine Regeneration. Auch Bedienung und Wartung sind einfach.

 

membrane nitrogen generator working principle

 

Wie funktioniert ein Membran-Stickstoffgenerator??

Im n2-Generator befinden sich Hunderte von Hohlfasern. Jede Faser ist weniger als 1 mm im Durchmesser. Sie sind so dünn wie ein menschliches Haar. An einem Ende des Faserbündels tritt Druckluft ein. Gasmoleküle werden zunächst an der Hochdruckseitenoberfläche der Membran adsorbiert. Dann lösen sie sich auf, diffundiert und entweicht. Jedes Gas hat eine andere Permeationsrate. Zum Beispiel, die Permeationsrate von Sauerstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf ist schnell. Wir rufen sie an „schnelle Gase“. Sie dringen von der inneren Faserwand mit hohem Druck zur Außenseite mit niedrigerem Druck vor. Endlich, Sie werden aus der Öffnung auf einer Seite des Membranmoduls abgegeben.
Die Stickstoffpermeationsrate ist geringer. Wir nennen es „langsames Gas“. Im Inneren des Hochdrucks wird Stickstoff angereichert. Der Austritt erfolgt am anderen Ende des Membranmoduls. Dadurch wird die Trennung von Sauerstoff und Stickstoff erreicht.
Principle Diagram of Membrane Separation

 

Funktionsprinzip des kryogenen Stickstoffgenerators

Bei der Stickstofferzeugung durch kryogene Luftzerlegung wird Luft als Rohstoff verwendet. Nach Komprimierung und Reinigung, verflüssigen die Luft durch Wärmeaustausch. Verflüssigte Luft ist hauptsächlich eine Mischung aus flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff. Sie haben unterschiedliche Siedepunkte. Das ist, O2 beträgt -297,3°C. Und N2 hat -320,3°C. Endlich, Erhalten Sie Stickstoff, indem Sie sie durch Rektifikation trennen.

 

Cryogenic Nitrogen Generation Working Process

 

Wie funktioniert der kryogene N2-Generator??

Der gesamte Prozess besteht aus Luftkomprimierung und -reinigung, Luftzerlegung, und Verdampfung von flüssigem Stickstoff.

(1) Luftkomprimierung und -reinigung

zuerst, Die Luft strömt durch einen Luftfilter, um Staub und Verunreinigungen zu entfernen. Dann betreten Sie den Luftkompressor. Auf den gewünschten Druck komprimieren. Nachher, in den Luftkühler gelangen. Senken Sie die Lufttemperatur. Endlich, Geben Sie den Lufttrocknungsreiniger ein. Feuchtigkeit entfernen, Kohlendioxid und andere Kohlenwasserstoffe aus der Luft.

(2) Luftzerlegung

Die gereinigte Luft gelangt in den Hauptwärmetauscher im Luftzerlegungsturm. Sie werden durch Rückflussgas auf Sättigungstemperatur abgekühlt (Produktstickstoff, Benzin verschwenden). Anschließend wird die Luft zum Boden des Destillationsturms geleitet. Dort wird der Stickstoff oben im Turm gewonnen. Die flüssige Luft wird nach der Drosselung zum Verdampfer geleitet, wo sie verdampft. Gleichzeitig, Ein Teil des vom Rektifikationsturm gelieferten Stickstoffs wird kondensiert. Ein Teil des kondensierten flüssigen Stickstoffs fungiert als Rückflussflüssigkeit des Rektifikationsturms. Der andere Teil verlässt den Luftzerlegungsturm als flüssiges Stickstoffprodukt.

(3) Verdampfung von flüssigem Stickstoff

Im Tank wird der flüssige Stickstoff aus dem Luftzerlegungsturm gespeichert. Anschließend gelangt dieser flüssige Stickstoff im Lagertank in den Verdampfer, wo er erhitzt wird. Endlich, Sie gelangen in die Produktstickstoffpipeline. Durch die kryogene Stickstofferzeugung kann Stickstoff mit einer Reinheit von ≧99,999 % erzeugt werden..

Das oben Gesagte ist also das Funktionsprinzip des kryogenen Stickstoffgenerators.

 

PSA vs. Membran-Stickstoffgenerator

(1) Das Funktionsprinzip ist unterschiedlich

Ersteres nutzt das Prinzip der Druckwechseladsorption. Das Hauptmaterial ist das Adsorptionsmittel (Kohlenstoff-Molekularsieb). CMS hat unterschiedliche Adsorptionsgeschwindigkeiten für Sauerstoff und Stickstoff. Letztere trennen jedoch O2 und N2 durch ein unterschiedliches Wirkprinzip. Das Hauptmaterial ist eine Polymermembran. Sauerstoff- und Stickstoffgas haben unterschiedliche Penetrationsgeschwindigkeiten in die Membran. Für mehr Informationen, Bitte überprüfen Sie das oben genannte Funktionsprinzip der drei Stickstoffgeneratoren.

(2) Die Reinheit von Stickstoff ist unterschiedlich

Allgemein, Die Reinheit des PSA-n2-Generators ist höher. Seine maximale Reinheit kann sein 99.999%. Natürlich, Es kann auch N2-Gas geringer Reinheit erzeugen, wie zum Beispiel 98% Und 99%. Der Membran-Stickstoffgenerator weist jedoch eine geringere Reinheit auf. Es produziert normalerweise N2-Gas mit einer Reinheit von bis zu 99.9%.

(3) Die Anwendung ist anders

Das PSA n2-System findet breite Anwendung im industriellen Bereich. Darüber hinaus, Es kann Stickstoffgas mit einem größeren Reinheitsbereich erzeugen. Daher nutzen die meisten Branchen die PSA-Stickstofferzeugungstechnologie. Und der Membran-N2-Generator hat auch viele Vorteile. zuerst, es gibt keinen Lärm. Aber ersteres hat Lärm (weniger als 70dB). Zweitens, Der Membran-N2-Generator hat eine geringe Größe und ein geringes Gewicht. Drittens, es wird keinen Strom verbrauchen. Daher findet es breite Anwendung im Labor, medizinisch und zahnmedizinisch. Neben, Wir können es direkt für explosionsgeschützte Anlässe verwenden.

(4) Die Betriebskosten sind unterschiedlich

Der PSA-Stickstoffgenerator verbraucht Strom und etwas Regenerationsgas. Und das Kohlenstoffmolekularsieb muss alle 4 bis 5 Tage gewechselt werden. Daher sind die Betriebskosten relativ hoch. Der Membran-Stickstoffgenerator verbraucht jedoch weder Strom noch Regenerationsgas. Und die Lebensdauer der Polymermembran beträgt bis zu 6–10 Tage. Deshalb, Die Betriebskosten sind niedriger als beim PSA-n2-System.

 

PSA vs. kryogener Stickstoffgenerator

(1) Ihre Arbeitsprinzipien sind unterschiedlich

Das erstere Prinzip ist die Stickstofferzeugung durch Druckwechseladsorption. Aber das letztere Prinzip ist anders. Stickstoff und Sauerstoff haben unterschiedliche Siedepunkte. Durch diese Eigenschaft trennt es also N2 und O2. Der gesamte Arbeitsprozess wird bei kryogener Temperatur durchgeführt. Für mehr Information, Bitte beachten Sie das oben genannte Funktionsprinzip des Stickstoffgenerators.

(2) Der Arbeitsprozess ist anders

Der Prozess der Stickstoffproduktion durch Druckwechseladsorption ist relativ einfach. Die Anzahl der Systemgeräte ist geringer. Zur Hauptausrüstung gehört ein Luftkompressor, Lufttrockner, N2-Generator und Gasspeicher, usw.

Der Prozess der kryogenen Stickstofferzeugung ist komplizierter. Die Anzahl der Systemgeräte ist größer. Zur Hauptausrüstung gehören Luftkompressoren, Luftkühler, Luftreinigungstrockner, Wärmetauscher, Expander, Destillationstürme, Verdampfer, usw.

(3) Reinheit ist anders

N2 psa kann maximale Reinheit erzeugen 99.999% Gas. Aber ein kryogener N2-Generator kann Gas mit mehr als erzeugen 99.999% Reinheit. Darüber hinaus, Letzteres kann nicht nur N2-Gas erzeugen, sondern auch flüssigen Stickstoff produzieren.

(4) Ihre Kosten sind unterschiedlich

Offensichtlich, Die Anschaffungskosten für Letzteres sind deutlich höher. Darüber hinaus, Installation und Wartung sind relativ verantwortungsvoll. Auch die Wartungskosten sind relativ höher.
Zusätzlich, Auch der Stromverbrauch pro Stickstofferzeugungseinheit ist unterschiedlich. Zur Herstellung von hochreinem Stickstoff (Reinheit oben 99.9%), Der Stromverbrauch der beiden unterscheidet sich kaum. Allerdings zur Herstellung von Stickstoff mit geringerer Reinheit, Ersteres ist offensichtlich.
Das Obige ist ein Vergleich der drei Arten von n2-Generatoren. Bei der Auswahl des Typs müssen wir die spezifischen Anforderungen berücksichtigen. Weitere Informationen zum Funktionsprinzip des Stickstoffgenerators, Nehmen Sie gerne Kontakt mit uns auf.