Neue Entwicklungen bei Luftzerlegungs-Technologien

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Linde AG, Linde Gases Division

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Das CAR-Verfahren von Linde funktioniert in etwa wie das PSA-System, indem zahlreiche Formbetten zwischen den Modi Adsorption und Desorption hin und her schalten, um einen durchgehenden Sauerstoffstrom zu produzieren. Während der Desorption wird der Sauerstoff, der vom Pellet-Bett aufgefangen wurde, durch partielle Druckminderung durch Spülen des Betts entweder mit heißem, regenerierten Verbrennungsgas oder überhitztem Dampf freigesetzt. Da die Adsorption von Sauerstoff an Perowskit exotherm verläuft (d. h. Wärme liefert), während die Sauerstofffreisetzung endotherm verläuft, funktioniert das Verfahren nach der Einleitung autotherm, benötigt also laut dem Unternehmen keine oder nur geringe zusätzliche Wärmezufuhr.

Das CAR-Verfahren wurde in den vergangenen zwei Jahren im Rahmen eines Projekts mit der finanziellen Unterstützung des US-Energieministeriums weiterentwickelt. Linde baute eine CAR-Pilotanlage für 0,7 Tonnen/Tag, um die CAR-Technologie bei der integrierten Oxyfuel-Verbrennung in einer Kohleverbrennungs-Testanlage zusammen mit dem Western Research Institute zu erproben und zu validieren. Gemeinsam mit einem dritten Partner, Alstom Power Plant Laboratories in Windsor, Connecticut, erarbeitete Linde ein detailliertes Verfahren und eine Wirtschaftlichkeitsanalyse für ein Oxyfuel-Kraftwerk, das den CAR-Prozess zur Sauerstoffversorgung nutzt. Diese Analyse hat gezeigt, dass das CAR-Verfahren leistungsfähiger und kostengünstiger ist als kryogene Verfahren zur Luftzerlegung. Für eine kommerzielle Nutzung der Verfahrens müssen allerdings noch einige Herausforderungen gelöst werden, beispielsweise im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit und Kosten des Perowskitmaterials sowie dessen Verhalten gegenüber Verunreinigungen.

Sauerstofftransportmembranen (OTM = Oxygen Transport Membranes)

Praxair entwickelt ebenfalls sauerstoffleitende keramische Membransysteme zur Abtrennung von Sauerstoff aus der Luft bei hohen Umgebungstemperaturen. Ziel ist es, diese Technologie in den Oxyfuel-Verbrennungsprozess zu integrieren.

Während des Vorgangs dient elektrischer Strom zur Abtrennung des Sauerstoffs aus zugeführter Luft unter niedrigem Druck und bei hoher Temperatur, während sie die Membran durchströmt. Sauerstoff wird an eine poröse, elektrisch leitfähige Beschichtung adsorbiert, die auf der Membranoberfläche aufgebracht ist. Der Sauerstoff zerfällt und bildet Sauerstoffionen, die durch den nichtporösen keramischen Elektrolyten hindurch transportiert werden. Nach dem Passieren der Membran verlieren die Sauerstoffionen Elektronen und bilden molekularen Sauerstoff, der dann von der Membranoberfläche desorbiert wird. Derzeit werden Tests im Labormaßstab durchgeführt.

Nichtkryogene Luftzerlegung über Membranen und Molekularsiebe

Für zahlreiche Industrieanwendungen werden Sauerstoff und Stickstoff in kleineren als technischen Mengen benötigt. Seit Anfang der neunziger Jahre ermöglicht die kommerzielle Verfügbarkeit von Luftzerlegungsverfahren auf der Basis von Molekularsieb-Adsorbentien oder Hohlfaserpolymermembranen die Luftabtrennung bei Umgebungsdrücken und -Temperaturen als wirtschaftliche Methode zur Gewinnung dieser wertvollen Industriegase lokal, direkt am Verbrauchsort.

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