HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD.

Wie gewinnt man hochreines Stickstoffgas aus Luft?

1. Kryogenes Luftzerlegungsverfahren

Die kryogene Trenntechnik hat eine über 100-jährige Entwicklung durchlaufen und verschiedene Prozessverfahren wie Hochspannungs-, Hoch- und Niederspannungs-, Mitteldruck- und Niederspannungsverfahren erprobt. Mit der Entwicklung moderner Drucklufttechnologie und -anlagen sind die Hochspannungs-, Hoch- und Niederdruck- sowie Mittelspannungs-Vakuumverfahren weitgehend überflüssig geworden. Das Niederdruckverfahren mit geringerem Energieverbrauch und höherer Produktionssicherheit hat sich als erste Wahl für große und mittelgroße Tieftemperatur-Vakuumanlagen etabliert. Das Niederspannungs-Drucklufttrennverfahren wird je nach Kompressionsart der Sauerstoff- und Stickstoffprodukte in externe und interne Kompressionsverfahren unterteilt. Beim externen Niederdruck-Kompressionsverfahren wird Sauerstoff oder Stickstoff unter niedrigem Druck erzeugt und anschließend über einen externen Kompressor auf den benötigten Druck komprimiert, um den Verbraucher zu versorgen. Beim Niederdruck-Kompressionsverfahren wird der durch Destillation erzeugte flüssige Sauerstoff oder Stickstoff von Flüssigkeitspumpen in die Kältekammer geleitet, dort verdampft und nach der erforderlichen Druckeinstellung im Hauptwärmetauscher wieder erhitzt und dem Verbraucher zugeführt. Die wichtigsten Prozesse sind Filtern, Komprimieren, Kühlen, Reinigen, Aufladen, Expansion, Destillieren, Trennen, Wärme-Wiedervereinigung und externe Zufuhr von Rohluft.

2. Druckwechseladsorptionsmethode (PSA-Methode)

Dieses Verfahren nutzt Druckluft als Rohstoff. Üblicherweise wird ein Molekularsieb als Adsorptionsmittel eingesetzt. Unter einem bestimmten Druck wird die unterschiedliche Absorption von Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen in der Luft durch verschiedene Molekularsiebe genutzt. Bei der Gassammlung erfolgt die Trennung von Sauerstoff und Stickstoff; das Molekularsieb-Adsorptionsmittel wird nach Druckentlastung analysiert und wiederverwendet.
Neben Molekularsieben können als Adsorbentien auch Aluminiumoxid und Silikon eingesetzt werden.
Die derzeit üblicherweise verwendeten Adsorptionsanlagen zur Stickstoffgewinnung basieren auf Druckluft und Kohlenstoffmolekularsieben als Adsorptionsmittel. Sie nutzen die Unterschiede in Adsorptionskapazität, Adsorptionsrate und Adsorptionskraft von Sauerstoff und Stickstoff an den Kohlenstoffmolekularsieben sowie die unterschiedlichen Adsorptionseigenschaften unter verschiedenen Druckbedingungen, um Sauerstoff und Stickstoff zu trennen. Zunächst wird der Sauerstoff in der Luft bevorzugt von den Kohlenstoffmolekülen gebunden, wodurch sich Stickstoff in der Gasphase anreichert. Für eine kontinuierliche Stickstoffgewinnung sind zwei Adsorptionstürme erforderlich.

Anwendung

1. Stickstoff besitzt sehr stabile chemische Eigenschaften und reagiert im Allgemeinen nicht mit anderen Substanzen. Aufgrund dieser Trägheit findet er breite Anwendung in vielen anaeroben Umgebungen. Beispielsweise wird er in Behältern anstelle von Luft eingesetzt und dient dort der Isolierung, Flammhemmung, Explosionssicherung und Korrosionsverhütung. Anwendungen finden sich in der Flüssiggastechnik, bei Gasleitungen und Flüssiggasnetzen sowie im industriellen und zivilen Bereich [11]. Stickstoff kann auch in der Verpackung von verarbeiteten Lebensmitteln und Medikamenten als Schutzgas, zum Abdichten von Kabeln, Telefonleitungen und druckbeaufschlagten Reifen verwendet werden. Als Konservierungsmittel wird Stickstoff häufig in unterirdischen Rohrleitungen eingesetzt, um die Korrosion durch den Kontakt zwischen Rohrleitung und Untergrundflüssigkeit zu verlangsamen.
2. Hochreiner Stickstoff wird beim Metallgussverfahren zur Veredelung der Schmelze und damit zur Verbesserung der Gussrohlingqualität eingesetzt. Das Gas verhindert wirksam die Hochtemperaturoxidation von Kupfer, erhält die Oberfläche des Kupfermaterials und macht das Beizen überflüssig. Das stickstoffbasierte Ofengas (Zusammensetzung: 64,1 % N₂, 34,7 % CO, 1,2 % H₂ und geringe Mengen CO₂) dient als Schutzgas beim Kupferschmelzen und gewährleistet so die Produktqualität der Schmelzoberfläche.
3. Etwa 10 % des als Kältemittel produzierten Stickstoffs umfassen hauptsächlich: in der Regel weiche oder gummiartige -artige Verfestigung, Tieftemperaturverarbeitung von Gummi, Kaltkontraktion und Installation sowie biologische Proben, wie z. B. Blutkonservierung und Kühlung von Blut während des Transports.
4. Stickstoff kann zur Synthese von Stickstoffmonoxid oder Stickstoffdioxid und damit zur Herstellung von Salpetersäure verwendet werden. Dieses Herstellungsverfahren ist effizient und kostengünstig. Darüber hinaus kann Stickstoff auch zur Synthese von Ammoniak und Metallnitriden eingesetzt werden.