SEPURAN® N2-MEMBRANEN - ANWENDUNGSORIENTIERTE STICKSTOFFERZEUGUNG
Luft- und Raumfahrt, Energie-, Chemie- und Lebensmittelindustrie - all diese Branchen benötigen Stickstoff in unterschiedlichen Reinheitsgraden. Mit der neu entwickelten Hohlfasermembran SEPURAN® N2 bietet Evonik eine bedarfsgerechte, effiziente und energiesparende Lösung zur Gewinnung des gewünschten Gases.
Stickstoff ist ein in vielfacher Hinsicht nützliches Gas für verschiedene Industriezweige. Die Vorteile sind bekannt: Es brennt nicht, ist reaktionsträge, dazu geschmacks- und geruchlos. Je nach Anwendungsfall existiert das industriell gefragte Gas in verschiedenen Formen von Reinheit und Qualität. 99,999 Prozent Reinheit sind möglich – aber sind sie auch immer sinnvoll? Tatsächlich verwenden viele Unternehmen Stickstoff von einer hohen Qualität in Prozessen, in denen sie diese Reinheit gar nicht benötigen.
Hochreiner Stickstoff ist nicht immer notwendig
Stickstoff wird häufig eingesetzt, um Brände oder Explosionen zu verhindern: Wer das Edelgas in einen Raum oder einen Behälter einspeist, kann auf diese Weise dafür sorgen, dass der Sauerstoffgehalt so weit sinkt, dass Flammen keine Nahrung finden. In der chemischen Industrie wird auf ähnliche Weise die Oxidation von sauerstoffempfindlichen Produkten verhindert, und in der Lebensmittelindustrie verlängert Stickstoff die Haltbarkeit von abgefüllten Produkten. Und genau hier liegt der Knackpunkt: Nicht alle diese Prozesse erfordern eine Stickstoffreinheit von 99,999 Prozent. Viele Unternehmen wollen vor allem Explosionen verhindern oder haben andere Prozesse, die Stickstoff benötigen: In neun von zehn dieser Prozesse kann eine Reinheit von 95 Prozent ausreichend sein. Der Einsatz von besonders reinem Stickstoff wäre also eine reine Geldverschwendung.
Die kryogene Luftzerlegung, auch bekannt als "Linde-Verfahren", ist dafür besonders gut geeignet. Mit ihm kann Stickstoff mit einer Reinheit von über 99,99 Prozent gewonnen werden. Doch diese Qualität hat ihren Preis: Die kryogene Luftzerlegung verbraucht viel Energie und lohnt sich nur bei der Produktion im großen Stil. Für viele Anwendungen ist technischer Stickstoff mit einer Reinheit von 95 bis 98 Prozent ausreichend.
Membranen für effiziente Stickstofferzeugung vor Ort
In Bezug auf Effizienz und Energie sind Membranen unschlagbar. In diesem Fall kann der Stickstoff direkt aus der Luft gewonnen werden, die uns alle umgibt. Dabei muss das Gas jedoch vom Sauerstoff getrennt werden, der etwa 21 Prozent dieser Luft ausmacht. In Membransystemen wird die komprimierte Luft durch lange, dünne Hohlfasermembranen geleitet. Dadurch entsteht ein Partialdruckunterschied zwischen der Außenseite und der Innenseite der Hohlfaser. Die kleineren Sauerstoffmoleküle schlüpfen durch die Membran, während die Stickstoffmoleküle im Inneren bleiben. Der Effekt: Je weniger Luft zugeführt wird, desto reiner ist der Stickstoff am Ende.
Hier liegen aber auch die Grenzen des Verfahrens: Um eine Reinheit von 99 Prozent oder mehr zu erreichen, müsste entsprechend weniger Luft in die Membran geleitet werden - und entsprechend weniger Stickstoff würde dabei gewonnen werden. Angesichts des hohen Energieaufwands ist daher zu prüfen, welcher Reinheitsgrad für die jeweiligen Prozesse tatsächlich erforderlich ist. Die Unternehmen sind gut beraten, hier sehr genau hinzuschauen: Bei der Inertisierung geben meist Sicherheitsaspekte vor, wie viel Stickstoff genau benötigt wird. Und oft reichen Reinheitsgrade zwischen 95 und 97 Prozent aus - perfekt für Membrananlagen.
Membransysteme für unterschiedliche Stickstoffanwendungen
Als einer der Technologieführer bei Hochleistungspolymeren hat Evonik in den vergangenen Jahren maßgeschneiderte Systeme zur Trennung verschiedener Gase für ein breites Anwendungsspektrum entwickelt. Die speziell von Evonik entwickelten Membranen überzeugen durch ihre hohe Selektivität. Verantwortlich dafür sind die Polyimid-Hohlfasern. Die gasaktive Schicht auf der Oberfläche der Faser ist weniger als 100 Nanometer dick. Die fertigen Hohlfasermembranen haben einen Durchmesser von weniger als einem halben Millimeter. Als Chemieunternehmen verfügt Evonik nicht nur über ein ausgereiftes Basispolymer, sondern kann es auch präzise für verschiedene Anwendungen anpassen. Vor allem in Kombination mit der geforderten Kapazität, also der Frage, wie viel Luft in die Membran gepumpt werden muss, um einen Kubikmeter Gas zu erzeugen.
Anwendung |
Beschreibung |
Evonik antwortet auf die Herausforderungen in der heutigen Abwasserwirtschaft mit seiner innovativen Membrantechnologie zur Erzeugung von sauerstoff- oder stickstoffangereicherter Luft, um die Effizient bestehender Abwasserbehandlungsanlagen zu erhöhen. |
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Stickstoff ist in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie von großem Nutzen, da er den Sauerstoff verdrängt und somit die Oxidation verhindert, die den Verderb von Lebensmitteln und Getränken verursacht. |
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Evonik bietet seine SEPURAN® N2-Hohlfasermembranen für die effiziente Stickstofferzeugung vor Ort in verschiedenen Anwendungen in der Schiffs- und Marine-Industrie an. |
Spart Platz, Kosten und Aufwand
Am Ende sind mehrere zehntausend der Polyimidschläuche in etwa 1,30 Meter lange Edelstahlmodule eingebettet. Ein platzsparendes System, und das nicht nur wegen seiner Größe: Je nach Standort können die Edelstahlrohre waagerecht, senkrecht oder auch schräg eingebaut werden. Ihr modularer Aufbau macht sie zudem flexibel. Aufgrund ihrer hohen Kapazität benötigt SEPURAN® N2 zudem weniger Membranmodule als alternative Membransysteme. Darüber hinaus sind sie energieeffizient: Da weniger Luft gepumpt werden muss, kann auch der vorgeschaltete Kompressor kleiner ausfallen. Das spart sowohl Energie als auch Investitionskosten. Insbesondere im Vergleich zu kryogenen Systemen, bei denen der Stickstoff angeliefert wird. Auch die Betriebskosten und der Wartungsaufwand sind bei SEPURAN® N2 gering und garantieren zusätzliche Flexibilität. Denn der Stickstoff wird nach Bedarf produziert. Solange kein Stickstoff produziert werden muss, fallen auch keine Kosten an.
Als Hersteller des Polyimid-Kunststoffs und der Membrantechnologie deckt Evonik die gesamte Wertschöpfungskette von Membranmodulen ab. So kann das Unternehmen bei Bedarf Details für spezifische Anwendungen anpassen und auch auf etablierte Anlagenbauer zurückgreifen, die die Installation vor Ort übernehmen können.
Die SEPURAN® N2-Membrantechnologie zur Onsite-Stickstofferzeugung ist aufgrund ihrer Flexibilität für eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten interessant. Zum Beispiel auch für Unternehmen, die bereits mit kryogenen Luftzerlegern arbeiten, aber zu bestimmten Zeiten Bedarfsspitzen abdecken wollen. Oder für Situationen, in denen ein möglichst mobiles System benötigt wird - weil eine bestimmte Anlage vor Ort mit Stickstoff gespült werden muss. Ähnlich verhält es sich im Rohrleitungsbau. Auch hier können die Membranen in Fahrzeugen installiert und transportiert werden. Insgesamt sind die Möglichkeiten äußerst vielfältig - obwohl das System selbst so kompakt und flexibel ist, kann es weit mehr als nur kleine Anwendungen abdecken. Und es lässt sich einfach und schnell an bestehende Steuerungssysteme anschließen. Es kann auch über große Entfernungen mit automatisierten Lenksystemen eingesetzt werden, wie z.B. in der Schiffsindustrie. Darüber hinaus ist sie langlebig: Die Membran muss nicht ausgetauscht werden und kann problemlos mehrere Jahre lang verwendet werden.
Inzwischen haben interessierte Kunden auch die Möglichkeit, mit einem Online-Rechner selbst zu ermitteln, wie viele Membranen in welcher Größe sie benötigen. Diese kann je nach Parameter variabel eingestellt werden: So kann der Interessent angeben, dass er 120 Kubikmeter Stickstoff oder einen Reinheitsgrad von über 97 Prozent benötigt - oder beides gleichzeitig.