{"id":78288,"date":"2025-01-12T23:36:36","date_gmt":"2025-01-12T20:36:36","guid":{"rendered":"https:\/\/www.mikropor.com\/importance-of-nitrogen-gas-and-purity-ratios-in-industrial-applications\/"},"modified":"2025-09-25T16:13:25","modified_gmt":"2025-09-25T13:13:25","slug":"bedeutung-von-stickstoffgas-und-reinheitsverhaeltnissen-in-industriellen-anwendungen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.mikropor.com\/de\/bedeutung-von-stickstoffgas-und-reinheitsverhaeltnissen-in-industriellen-anwendungen\/","title":{"rendered":"Bedeutung von Stickstoffgas und Reinheitsverh\u00e4ltnissen in industriellen Anwendungen"},"content":{"rendered":"

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Druckluftsysteme werden in verschiedenen industriellen Anwendungen in unterschiedlichen Bereichen und f\u00fcr unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Diese Systeme k\u00f6nnen je nach Bedarf Drucklufttrockner und Druckluftfilter sowie Gasgeneratoren umfassen. So werden beispielsweise f\u00fcr die Produktion und f\u00fcr Anwendungen im medizinischen Bereich Wasserabscheider, Druckluftleitungsfilter, Trockner und Sauerstoffgeneratoren eingesetzt. Eine der am h\u00e4ufigsten industriell genutzten Gasarten ist Stickstoff. Stickstoffgas hat ein breites Angebot-Nachfrage-Verh\u00e4ltnis und einen gro\u00dfen Anwendungsbereich, da es farblos, geruchlos und vor allem inert (nicht reaktiv) ist. Die Reinheit des Stickstoffgases hat einen erheblichen Einfluss auf die Qualit\u00e4t des Endprodukts in der Anwendung, und die Bedeutung der Reinheit von Stickstoffgas in der Industrie ist das Hauptthema dieses Artikels.<\/p>\n

Was sind Stickstoffgas-Reinheitsgrade und wie werden sie gemessen?<\/strong><\/p>\n

Atmosph\u00e4rische Luft besteht aus verschiedenen Bestandteilen, 78 % Stickstoff (N2<\/sub>) und 21 % Sauerstoff (O2) sowie 1 % anderen Gasen. Da Stickstoff und Sauerstoff in hohen Konzentrationen vorhanden sind, wird die Reinheit des Stickstoffs in einem Stickstoff (N\u2082)-Gasstrom in der Regel in ppm (parts per million<\/em>) als Prozentsatz des Stickstoffs im Verh\u00e4ltnis zum Sauerstoff angegeben. Ein Stickstoffgas mit einem Reinheitsgrad von 95 % wird beispielsweise als „enth\u00e4lt 5 % Sauerstoff (O\u2082)“ angegeben. 2<\/sub>Das bedeutet, dass in einer Probe von 95 % reinem Stickstoff 50.000 O\u2082-Molek\u00fcle in 1 Million Molek\u00fclen enthalten sein k\u00f6nnen. Eine andere M\u00f6glichkeit, den Reinheitsgrad von 95 % Stickstoff auszudr\u00fccken, ist die Angabe, dass der Stickstoffgasstrom einen O\u2082-Gehalt von etwa 50.000 ppm aufweist und der gesamte verbleibende Anteil aus den N-Komponenten besteht.<\/p>\n

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Wenn die Stickstoffreinheit auf 99,9 % und mehr ansteigt, wird die Reinheit des Stickstoffs \u00fcblicherweise in Form der im Gasstrom verbleibenden Menge an O\u2082 angegeben. Beispielsweise wird der O\u2082-Gehalt eines Gasstroms mit einem Reinheitsgrad von 99,9 % mit 1.000 ppm angegeben. Analog dazu wird der O\u2082-Gehalt eines Gasstroms mit 99,999 % Reinheit mit 10 ppm angegeben. Da die Reinheit des Stickstoffs zunimmt, ist die Angabe der Reinheit in Form des verbleibenden O\u2082-Gehalts ein klareres Ma\u00df. Bei der Verwendung von Industriegasen ist es au\u00dferdem \u00fcblich, die N\u2082-Konzentration als die Summe der „9“ auf beiden Seiten des Dezimalpunkts des Reinheitsgrads anzugeben. Beispielsweise w\u00fcrde eine 99,9 %ige N\u2082-Reinheit als Reinheit 3.0 bezeichnet, oder ein Gasstrom mit 99,999 % N\u2082-Reinheit und 10 ppm O\u2082 w\u00fcrde als Gasreinheit 5.0 bezeichnet.<\/p>\n

Wie wird Stickstoffgas hergestellt?<\/strong><\/p>\n

Da Stickstoff in der Atmosph\u00e4re reichlich vorhanden ist (78 %), ist es f\u00fcr die Nutzer von Stickstoffgas aus Kostengr\u00fcnden und aus praktischen Gr\u00fcnden vorteilhaft, in eine sicherere, bedarfsgerechte und sofortige Stickstoffproduktion in ihren eigenen Anlagen zu investieren, anstatt sich auf eine kryogene N\u2082-Lieferung zu verlassen. F\u00fcr die Abtrennung und Anreicherung von Stickstoff aus der Atmosph\u00e4re werden in der Regel Druckwechseladsorptions- (PSA) oder Membranproduktionsverfahren eingesetzt.<\/p>\n

\"\"Bei der PSA-Stickstofferzeugung wird in der Regel ein mit Kohlenstoffmolekularsieb (CMS) gef\u00fcllter Beh\u00e4lter verwendet und Druckluft durch dieses Beh\u00e4lterbett geleitet. O\u2082-Molek\u00fcle binden sich an die Oberfl\u00e4che des Adsorptionsmaterials, vor allem an seine Poren, und werden bis zum Desorptionsprozess zur\u00fcckgehalten. Dabei sind die Poren- und Materialdurchmesser des Adsorptionsmittels von Bedeutung. Das Ergebnis dieses Prozesses ist ein mit Stickstoff angereicherter Gasstrom mit N\u2082-Reinheiten zwischen 95 % und 99,999 %. Wenn das Adsorptionsmittel mit O\u2082 ges\u00e4ttigt ist, erfolgt die Desorption durch Druckentlastung und die O\u2082-Molek\u00fcle werden an die Atmosph\u00e4re abgegeben. Um einen kontinuierlichen Stickstoffgasstrom zu gew\u00e4hrleisten, werden in PSA-Anlagen meist zwei Adsorptionst\u00fcrme eingesetzt. W\u00e4hrend ein Turm N\u2082-Gas produziert, desorbiert der andere Turm O\u2082 zur Vorbereitung auf den n\u00e4chsten Prozess.<\/p>\n

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Bei der Membrantechnologie wird Druckluft durch eine Membran geleitet, die mit L\u00f6chern mit mikroskopisch kleinen Poren versehen ist. Durch diese Poren k\u00f6nnen kleinere O\u2082-Molek\u00fcle und Wasserdampf durch die Hohlfaserstruktur in die Atmosph\u00e4re gelangen, w\u00e4hrend sich gr\u00f6\u00dfere N\u2082-Molek\u00fcle durch die Membran bewegen und einen kontinuierlichen N\u2082-Strom mit Reinheiten von 95 % bis 99,9 % erzeugen. Mit der Membrantechnologie kann eine Produktion mit Reinheiten von bis zu 99,9 % erreicht werden.<\/p>\n

In welchen Bereichen wird Stickstoffgas in industriellen Anwendungen eingesetzt?<\/strong><\/p>\n

Die Bedeutung des Sauerstoffgehalts im Stickstoffgas ergibt sich aus der Tatsache, dass viele industrielle Produktionsprozesse, Endprodukte sowie Druckluft- und Filteranlagen durch das Vorhandensein selbst sehr geringer Sauerstoffkonzentrationen nachteilig beeinflusst werden. Dies ist darauf zur\u00fcckzuf\u00fchren, dass Sauerstoff anderen Elementen Elektronen entzieht und Oxidationsreaktionen ausl\u00f6st. Sauerstoff ist f\u00fcr viele der unerw\u00fcnschten Oxidationsreaktionen verantwortlich, die in der Natur und in der Industrie auftreten, wie z. B. die Korrosion von Metalloberfl\u00e4chen und der Abbau von organischen Stoffen (Lebensmittel- und Getr\u00e4nkeindustrie). Um den Oxidationsprozess in industriellen Anwendungen zu kontrollieren, wird daher der Sauerstoffgehalt entweder entfernt oder auf ein solches Sauerstoff-Stickstoff-Verh\u00e4ltnis reduziert, dass der Sauerstoff nicht ausreicht, um sch\u00e4dliche Oxidationsmengen zu erzeugen. Anhand einiger Beispiele soll die Bedeutung von Stickstoffgas in verschiedenen industriellen Anwendungen erl\u00e4utert werden:<\/p>\n

Verwendung von Stickstoffgas in der Lebensmittel- und Getr\u00e4nkeherstellung: Stickstoffgas ist ein farbloses, geruchloses und geschmacksneutrales Gas, das nat\u00fcrlich in der Atmosph\u00e4re vorkommt. Es sch\u00fctzt Produkte vor Oxidation und verl\u00e4ngert die Haltbarkeit, indem es in der Lebensmittel- und Getr\u00e4nkeherstellung den Sauerstoff ersetzt. Der Einsatz von Stickstoffgas ist wichtig bei der Herstellung von Lebensmitteln wie Feinkost, N\u00fcssen, Chips und Fl\u00fcssigkeiten wie Fruchts\u00e4ften, wertvollen \u00d6len und alkoholischen Getr\u00e4nken. Stickstoffgas, das von den Stickstoffgeneratoren der MNG PRO-Serie von Mikropor in die Produktionslinien geleitet wird, schafft eine modifizierte Atmosph\u00e4re und bewahrt die Frische der Produkte f\u00fcr eine lange Zeit. Besonders f\u00fcr Lebensmittel wie Milch und Milchprodukte, getrocknete N\u00fcsse, Kaffee, Wein, Bier, deren Geruch und Aroma f\u00fcr den Verbraucher wichtig sind, ist der Einsatz von Stickstoffgas sehr wichtig. Der Stickstoffgenerator der MNG PRO-Serie von Mikropor bietet eine kosteng\u00fcnstige und sichere Gasquelle, die den ganzen Tag \u00fcber f\u00fcr die Lebensmittel- und Getr\u00e4nkeproduktion genutzt werden kann.<\/p>\n

Langfristige Lagerung von Lebensmitteln<\/u>: Offene oder verformte verpackte Lebensmittel verderben, da in Gegenwart von Sauerstoff ein mikrobielles Wachstum stattfindet. Um die Oxidation der gelagerten Lebensmittel zu verhindern, wird der K\u00fchlraum mit Stickstoffgas gef\u00fcllt, um die Sauerstoffkonzentration zu verringern. Stickstoffreinheitsgrade zwischen 95 % und 99 % erm\u00f6glichen eine um einen bestimmten Prozentsatz l\u00e4ngere Haltbarkeit der Lebensmittel bei der Lagerung.<\/p>\n

Elektronikl\u00f6ten<\/u>: In der Elektronikindustrie werden viele Prozessoren und kritische Produkte wie Leiterplatten hergestellt. F\u00fcr das Zusammenf\u00fcgen elektrischer Komponenten auf Leiterplatten ist nahezu perfektes L\u00f6ten erforderlich. Die Bauteile werden mit hei\u00dfem, fl\u00fcssigem Metall (Lot) benetzt und nach dem Zusammenf\u00fcgen verfestigt, um eine dauerhafte Verbindung herzustellen. Bei diesem Prozess bildet Sauerstoff mit dem Lot Metalloxide, die so genannte Kr\u00e4tze“, die den L\u00f6tprozess erheblich beeintr\u00e4chtigt. Das L\u00f6ten in einer Umgebung mit einer Sauerstoffkonzentration von h\u00f6chstens 1000 ppm, d. h. mit 99,9 % reinem Stickstoffgas, verringert die Kr\u00e4tzebildung, erh\u00f6ht die Integrit\u00e4t der Verbindung und verbessert die Produktionsqualit\u00e4t, indem es die Notwendigkeit von Ausschuss oder Nacharbeit minimiert. Je nach Gr\u00f6\u00dfe des L\u00f6tvorgangs kann die erforderliche Menge an N\u2082 mit einer Reinheit von 3-9 % mit der PSA-Technologie vor Ort und einfach bereitgestellt werden.<\/p>\n

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Oxidierte Leiterplatte<\/figcaption><\/figure>\n

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Laserschneiden mit hoher Geschwindigkeit<\/u>: W\u00e4hrend des Laserschneidens kann O\u2082 in der Atmosph\u00e4re die Kanten des geschnittenen Materials oxidieren, was zu einer Abstumpfung oder Aufrauhung der Materialkanten f\u00fchren kann. Nach dem Schneiden k\u00f6nnen Oberfl\u00e4chenfehler im Schnittbereich verhindern, dass die Farbe richtig aufgetragen werden kann. Um beispielsweise beim Schneiden von rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 12 mm oder mehr ein gl\u00e4nzendes (nicht stumpfes) Ergebnis zu erzielen, ist es besser, das Schneiden mit hochreinem Stickstoff durchzuf\u00fchren; der Reinheitsgrad liegt zwischen 99,99 % und 99,999 % (4-9s und 5-9s). Das bedeutet, dass der Sauerstoffgehalt nicht mehr als 100 ppm bis 10 ppm betragen sollte und der Sauerstoffgehalt begrenzt werden sollte. Je schneller die Schnittgeschwindigkeit, desto h\u00f6her die erforderliche Stickstoffreinheit. Die N\u2082-Versorgung f\u00fcr diese Anwendungen kann in der Regel mit dem PSA-Verfahren wirtschaftlich realisiert werden, das sowohl den Reinheitsgrad als auch den erforderlichen Durchfluss kontinuierlich bereitstellen kann.<\/p>\n

Stickstoff ist ein bevorzugtes Gas f\u00fcr industrielle und wissenschaftliche Anwendungen, da es in den folgenden Situationen unerl\u00e4sslich ist:<\/p>\n