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Tutorial MenueKompaktkurs AdsorptionLerneinheit 3 von 4

Anwendungen der Adsorption

Druckwechseladsorption

Bei Adsorptionsprozessen kann man davon Gebrauch machen, dass die Beladbarkeit des Adsorbens vom Druck und von der Temperatur abhängt. Man führt den Prozess so durch, dass ein zu zerlegendes Gasgemisch bei Umgebungstemperatur und erhöhtem Druck durch eine Adsorptionsmittelschüttung geleitet wird, wobei sich leicht adsorbierbare Gaskomponenten an der Oberfläche anreichern, während die gering oder gar nicht adsorbierbaren Komponenten die Schüttung passieren.

Die Beladung des Adsorbens kann bis zu einem Gleichgewichtszustand erfolgen; danach ist dessen Adsorptionsvermögen erschöpft. Um den Gastrennprozess erneut durchführen zu können, ist die Regeneration (Desorption) des beladenen Adsorbens erforderlich, die entweder durch Temperaturanhebung oder, wie bei der Druckwechseladsorption, durch Druckabsenkung erfolgen kann. Um ein adsorptives Trennverfahren mit (quasi-) kontinuierlicher Produktlieferung aufbauen zu können, sind mindestens zwei parallel betriebene Adsorber erforderlich, von denen sich jeweils einer gerade im Adsorptionstakt befindet, während der andere zeitgleich regeneriert wird.

Die Vorteile der Druckwechselverfahren (Pressure Swing Adsorption PSA), bei denen die Desorption durch Druckerniedrigung erfolgt, liegen in einer schnellen Durchführbarkeit der Druckabsenkung und damit in einem kurzen Zeitbedarf für die Desorption. Dies bedingt im Vergleich zu den Temperaturwechselverfahren (Temperature Swing Adsorption TSA), in denen die Abkühlgeschwindigkeit der begrenzende Schritt im zeitlichen Prozessablauf ist, eine wesentlich kürzere Zykluszeit für die nacheinander folgenden Schritte der Ad- und Desorption.

Die Grenzen der Desorption durch Druckerniedrigung werden bei Adsorptiven erreicht, die hohe Wechselwirkungskräfte zum Adsorbens und damit eine ungünstige Desorptionskinetik aufweisen.

Die Verfahren der Druckwechseladsorption basieren auf folgenden vier Teilschritten:

  1. Adsorption bei hohem Druck
  2. Druckabsenkung
  3. Spülen mit Produktgas bei niedrigem Druck
  4. Druckaufbau mit Rohgas bzw. mit Produktgas

Druckwechseladsorptionsanlagen werden in großer Zahl zur selektiven Abtrennung und Gewinnung von Gasen aus Gasgemischen und zur Gasreinigung eingesetzt.

Die Verfahren, die die weiteste technische Verbreitung gefunden haben, dienen zur Gewinnung von:

  • H2 aus Kokerei-, Konvertierungs- und Kohlevergasungsgas (Adsorbens: Zeolithe, Kohlenstoff-Molekularsiebe),
  • N2 aus Luft (Adsorbens: Kohlenstoff-Molekularsiebe),
  • O2 aus Luft (Adsorbens: Zeolithe, Kohlenstoff-Molekularsiebe) sowie
  • zur Gas-Trocknung (Adsorbens: Silicagel, Aluminiumoxid).

Mit Ausnahme der O2-Gewinnung mit Kohlenstoff-Molekularsieben wird das zu gewinnende Gas (oder Gasgemisch) während der Adsorption gewonnen. Dabei wird ausgenützt, dass die gewonnenen Gase erheblich schwächer oder langsamer adsorbiert werden als die abzutrennenden Komponenten des Rohgases.

Die größten und am häufigsten gebauten Druckwechseladsorptionsanlagen sind diejenigen für die Wasserstoffgewinnung.

Veranschaulichen Sie sich die vier Phasen der Druckwechseladsorption anhand einer interaktiven Abbildung

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