PSA-Technologie zur Luftzerlegung

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Adsorptive Erzeugung von Stickstoff

Druckluft-Erzeugung und Aufbereitung

Trockene und saubere Umgebungsluft wird von einem Kompressor verdichtet. In einem nachfolgenden mehrstufigen Aufbereitungsprozess wird zunächst die zu Kondensat verdichtete Luftfeuchtigkeit mit Hilfe eines mechanischen Wirbel-Abscheiders (Zyklon) aus der Druckluft entfernt und mit einem automatischen Kondensatableiter druckverlustfrei entwässert. Anschließend wird mit einem Kältetrockner die in der Druckluft noch verbliebene geringe Rest-Feuchtigkeit auskondensiert, bevor eine Anordnung von verschiedenen Filtern für Staub, Aerosole und Öldampf durchströmt und die trockene Druckluft so gereinigt wird.

Füllung und Adsorption

Die getrocknete und gereinigte Druckluft passiert den Stickstoff-Erzeuger über ein automatisch gesteuertes Einlassventil und gelangt in den ersten von zwei Behältern, die mit einem Kohlenstoff-Molekularsieb CMS (Carbon Molecular Sieve) gefüllt sind. Dieses Adsorptionsmittel ist passend zur Aufgabenstellung des Stickstofferzeugers, z.B. für mittel-  oder hochreinen Stickstoff ausgewählt. Während die als CMS- Bett bezeichnete Füllung unter Druck gebracht wird lagert sich bevorzugt Sauerstoff an der großen inneren Oberfläche des Adsorptionsmittels an. Der Stickstoff aus der Druckluft verbleibt im zugeführten Gasstrom und wird dadurch aufkonzentriert. Der Prozess der Sauerstoff-Adsorption wird beendet bevor die Grenze der Aufnahmekapazität erreicht wird. Dann wird die Druckluftzufuhr auf das zweite Bett umgeschaltet.

Desorption

Zur Regeneration des gesättigten CMS-Bettes im ersten Behälter wird das zugehörige Ventil automatisch solange geöffnet, bis der Druck auf ein vorbestimmtes Niveau gefallen ist. Das adsorbierte sauerstoffreiche Gas wird dabei über ein Entlüftungsventil an die Atmosphäre abgegeben. Das regenerierte CMS-Bett ist nun für den nächsten Füllvorgang vorbereitet.

Druck-Wechsel-Vorgang

Eine Speicher-Programmierbare Steuerung (SPS) betätigt die Ventile im Stickstofferzeuger so, dass Adsorption und Desorption abwechselnd in beiden CMS-Betten stattfinden (swing). Da die Zeitintervalle gleich groß sind  wird eine kontinuierliche Produktion von Stickstoff erreicht.

Einstellung der Stickstoff-Reinheit

Ein Puffer-Tank für den erzeugten Stickstoff ist stets Bestandteil eines Systems zur Stickstoff-Erzeugung mit dem PSA-Verfahren. Dieser Ausgleichs-Behälter wird benötigt um eine gleichmäßige Liefermenge und Reinheit aus dem Stickstoff-Erzeuger zu gewährleisten, die bis 99,995 Vol.-% Stickstoff bei 7 bar ü reichen kann.

Speicherung von Stickstoff

Falls der erzeugte Stickstoff zwischengelagert werden soll wird ein weiterer Behälter als Speicher benötigt, der in Strömungsrichtung hinter dem Pufferbehälter angeordnet werden muss.
 

Adsorptive Erzeugung von Sauerstoff

Anordnung und Funktion

Mit PSA Technologie kann auch Sauerstoff aus Umgebungsluft erzeugt werden. Dabei arbeitet der Sauerstoff-Erzeuger nach dem gleichen Prinzip wie zuvor für Stickstoff beschrieben, wobei als Adsorbens ein Zeolit-Molekolar-Sieb (ZMS) verwendet wird. Dabei werden Stickstoff und andere Gase adsorbiert, während Sauerstoff im Gasstrom verbleibt und aufkonzentriert wird.

Leistungsbereich und Sauerstoff-Reinheit

Sauerstoff-PSA-Anlagen können eine Qualität von bis zu 95 Vol.-% Sauerstoff bei einem nutzbaren Überdruck von bis zu 4 bar ü erreichen. Der Rest des Gasgemisches besteht zu mindestens 0,2 Vol.-% aus Stickstoff sowie im Übrigen überwiegend aus dem inerten Gas Argon, welches nicht vollständig entfernt werden kann.

 

Vereinfachte Darstellung des PSA-Verfahrens