Stickstofferzeugung aus Druckluft.
Effiziente Lösung für Laserschneiden und Co
Betriebe, in denen Stickstoff (N₂) eingesetzt wird, gehen aus Kostengründen vermehrt dazu über, diesen aus Druckluft selbst zu erzeugen. VOORTMANN entwickelt hierfür anwendungsbezogene Lösungen, die genau auf die Anforderungen des jeweiligen Unternehmens zugeschnitten sind. Wie das aussieht und was dabei zu beachten ist, zeigen wir Ihnen hier anhand eines Projektbeispiels aus der metallverarbeitenden Industrie. Konkret handelt es sich um einen Kunden, der Stickstoff im Zuge des Laserschneidens einsetzt und hierfür auf eine autarke Versorgung und Lagerung umstellen wollte. Bis dato bezog man Stickstoff von einem Gaslieferanten. Zur Bevorratung diente ein ebenfalls vom Lieferanten angemieteter Großtank.
Bereits vorhandenes Druckluftsystem liefert die Basis
Metallverarbeitende Betriebe verfügen in der Regel bereits über ein Druckluftsystem. Neben der technischen Bewertung des Bestandsystems und der vorhandenen Druckluftqualität führen wir zunächst eine Verbrauchsmessung inklusive Erfassung der Spitzenlasten durch. Anschließend konzipiert unser Team aus Druckluft- und Stickstoffexperten die maßgeschneiderte Lösung zur Stickstofferzeugung und berechnet den Druckluftbedarf sowie die Verbräuche der neuen Gesamtanlage. Dem Kunden wird also im Vorfeld alles zur Verfügung gestellt, was es zur Bewertung des Systems durch einen Energieberater braucht. Amortisationsberechnung inklusive.
Darum lohnt sich die autarke Stickstofferzeugung
Es gibt viele Gründe, warum es sich für Betriebe rechnet, Stickstoff selbst zu erzeugen, anstatt sich beliefern zu lassen. Dem höheren Druckluftbedarf stehen dabei gleiche mehrere positiv wirkende Faktoren gegenüber.
Wirtschaftliche Vorteile
- Kostenreduktion
Die Eigenproduktion kann die Stickstoffkosten im Vergleich zu Flaschenlieferungen um bis zu 80 % senken. - Unabhängigkeit und Planungssicherheit
Man ist nicht mehr von externen Lieferanten abhängig und hat jederzeit Zugriff auf Stickstoff, was Lieferengpässe vermeidet und die Produktionsprozesse sichert. - Geringerer Verwaltungsaufwand
Das Bestellwesen, die Verwaltung von Lieferungen und der Austausch von Flaschen entfallen, was interne Prozesskosten senkt.
Operationelle Vorteile
- Platzersparnis
Keine Notwendigkeit für die Lagerung von Stickstoffflaschen oder großen Tanks, da der Generator direkt vor Ort installiert werden kann. - Kontinuierliche Verfügbarkeit
Stickstoff kann bedarfsgerecht und jederzeit in der benötigten Menge und Reinheit produziert werden. - Umweltfreundlichkeit
Durch den Wegfall von Transporten und die effiziente Nutzung wird der CO₂-Fußabdruck reduziert, was zu einer umweltfreundlicheren Produktion führt. - Flexibilität
Der Generator kann flexibel ein- und ausgeschaltet werden, um den tatsächlichen Bedarf zu decken.
Vorteile für die Prozessqualität
- Regulierung der Reinheit
Die Reinheit des Stickstoffs lässt sich genau steuern und somit die Qualität der Produkte sichern. Zum Beispiel in der Pharma- und Lebensmittelindustrie. - Vermeidung von Oxidation
In vielen Anwendungen wird Stickstoff benötigt, um Oxidation zu verhindern und die Produktqualität zu erhalten.
Kunde aus Metallindustrie benötigt Stickstoff in höchster Reinheit
Beim Laserschneiden von Metallen im CNC-Verfahren sind die Anforderungen an den Stickstoff besonders hoch. Je dicker die zu schneidenden Bleche, desto reiner muss der Stickstoff sein. Benötigt wird in der Regel die Qualitätsklasse 5.0. Um diese zu erreichen, muss die Druckluft durch Filtration und Vortrocknung in besonders gute Qualität gebracht werden. Das Ganze geschieht mit allerhöchster Gewährleistung, damit das Molekularsieb des N₂-Generators keinen Schaden nimmt. Hier ist also die Zwischenschaltung einer permanenten Qualitätsüberwachung üblich. Die eigentliche Erzeugung des hochreinen Stickstoffs erfolgt dann in einem PSA-Verfahren (Druckwechseladsorption).
So funktioniert das PSA-Verfahren
Beim PSA-Verfahren wird komprimierte Luft durch Adsorptionsbehälter geleitet, um den Stickstoff von der Luft zu trennen. In den Behältern befindet sich ein spezielles Kohlenstoff-Molekular-Sieb (CMS), das Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserdampf adsorbiert, während der Stickstoff ungehindert durchströmen kann. Durch die automatische Umschaltung von zwei oder mehr Behältern wird eine kontinuierliche Stickstoffproduktion mit Reinheitsgraden von bis zu 99,999 % ermöglicht. Der gesamte Prozess benötigt vergleichsweise wenig Energie. Zudem besteht die Möglichkeit, die Effizienz in der N₂-Erzeugung durch moderne N-Kat-Systeme noch zusätzlich zu erhöhen. Hierbei stellt man im PSA-Verfahren zunächst Stickstoff in Qualitätsklasse 3.0 her, der dann durch zusätzliche Einbringung von Wasserstoff auf Qualitätsklasse 5.0 angehoben wird. Der Druckluftbedarf lässt sich so auf ein Drittel reduzieren.
Zusätzliche Kostenersparnis durch intelligente Steuerung
Im Fall des Beispielkunden wird der erzeugte Stickstoff in mehreren 300-bar-Flaschenbündeln gespeichert und gelangt von hier je nach Bedarf mit einem Betriebsdruck von 3 bis 35 bar in die Anlagen. Insgesamt handelt es sich um ein intelligentes System, das 24/7 Stickstoff produzieren kann und dabei automatisiert kosteneffizient arbeitet. Wann immer möglich, läuft die Produktion mit günstigem Nachtstrom. Perspektivisch wird zudem noch selbst erzeugter Strom aus der betriebseigenen PV-Anlage zum Einsatz kommen.
Im Vergleich zur externen N₂-Versorgung ist die Eigenherstellung die deutlich günstigere Lösung. Die Kostenersparnis liegt je nach Betrieb zwischen 30 - 70 %. Zudem werden Anlagen zur autarken Erzeugung von Stickstoff vom BAFA gefördert.
Kleiner Exkurs in die Metallverarbeitung:
Die Vorteile von Stickstoff beim Laserschneiden
Stickstoff wird vor allem beim Schneiden von Edelstählen, Aluminium und anderen hochschmelzenden Nichteisenlegierungen eingesetzt. Die Gründe sind:
Vermeidung von Oxidation und Verfärbung
Der Stickstoff schützt das Material vor Sauerstoff. Das verhindert Verfärbungen bzw. Rostbildung an der Schnittkante und sorgt für eine saubere, ästhetisch ansprechende Oberfläche.
Materialauswurf und Kühlung
Der Stickstoff bläst das geschmolzene Material aus der Schnittfuge, was saubere Schnitte ermöglicht und eine Überhitzung des Materials reduziert.
Höhere Schnittgeschwindigkeit und Produktivität
Die Kombination aus Kühlung und Materialauswurf erlaubt höhere Vorschubgeschwindigkeiten und somit eine gesteigerte Produktivität.
Verbesserte Schnittqualität
Die fehlende Oxidation an der Schnittkante reduziert oder eliminiert den Nachbearbeitungsaufwand für eine spätere Lackierung oder Beschichtung.
Schutz des Laserstrahls
Der reine Stickstoff fließt als inertes Schutzgas um die Laseroptik und schützt diese so vor Verschmutzungen.
Diverse Anwendungsbereiche von Stickstoff
Außer in der Metallverarbeitung wird Stickstoff in diversen anderen Bereichen eingesetzt. Das Spektrum reicht von Lötarbeiten in der Elektroindustrie über das schutzgasgesicherte Verpacken in der Lebensmittelindustrie bis zum Befüllen von Flugzeugreifen. Auch Einrichtungen im Bereich von Wissenschaft und Forschung benötigen mitunter eine zentrale Stickstoffversorgung. In all diesen Anwendungsfällen kann es sich lohnen, Stickstoff selbst aus Druckluft zu erzeugen. Nicht immer ist dafür das aufwändige PSA-Verfahren erforderlich. Bei niedrigeren Reinheitsanforderungen kann der benötigte Stickstoff alternativ mittels einfacherem Membranverfahren gewonnen werden. Auch hiermit kennen wir uns selbstverständlich bestens aus.
In der Wissenschaft und Forschung wird Stickstoff wegen seiner einzigartigen Eigenschaften eingesetzt, vor allem weil er reaktionsträge ist und als Schutzgas unerwünschte Oxidation verhindert.
Flugzeugreifen werden mit Stickstoff gefüllt, um Brandgefahr zu reduzieren, da Stickstoff nicht brennbar ist und das Feuer erstickt, im Gegensatz zu Sauerstoff in normaler Luft. Außerdem hat Stickstoff eine höhere Temperaturbeständigkeit und verhindert, dass die Reifen bei extremen Bedingungen einfrieren. Dies ist besonders wichtig bei den hohen Temperaturen während der Landung und der Landung.
Bei uns immer an der richtigen Adresse
Egal, wofür Sie Stickstoff benötigen und in welcher Reinheit und Menge er erzeugt werden soll – unsere Experten finden die für Ihren Betrieb perfekte Lösung. Von der Beratung vorab über die Verbrauchsberechnung bis zur Entwicklung der Anlage inklusive Inbetriebnahme liefern wir Ihnen dabei alles aus einer Hand. Vertrauen Sie auf unsere Erfahrung und lassen Sie sich persönlich beraten.
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