Neue Entwicklungen bei Luftzerlegungs-Technologien

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Die heutigen Systeme auf Membranbasis sind kompakt und leicht, weshalb sie in einer wachsenden Palette nützlicher Industrieanwendungen zum Einsatz kommen können. So finden beispielsweise membranbasierte Stickstoffsysteme zur Herstellung von Stickstoff unmittelbar am Verbrauchsort ihre Anwendung, um leicht verderbliche oder entflammbare Schiffsladungen zu schützen, und in jüngster Zeit nutzt man bereits solche Systeme, um Treibstofftanks bei Verkehrsflugzeugen direkt an Bord mit Schutzgas zu fluten.

Verbesserungen in adsorptionsbasierten Systemen

Seit den Anfängen ihrer Vermarktung stützen sich Druckwechseladsorptions- (PSA), Vakuumwechseladsorptions- (VSA) Systeme sowie Vakuum-Druckwechsel-Adsorptions- (VPSA) Systeme nahezu ausschließlich auf aktivkohlebasierte Molekularsiebe (ebenfalls als Sorbenzien bezeichnet), um Sauerstoff aufzunehmen und Stickstoff mit einem Reinheitsgrad von 95 bis 99,5 Prozent herzustellen, oder auf Aluminiumoxid in Verbindung mit Zeolithsilikaten zum Abscheiden von Stickstoff und Herstellung von Sauerstoff mit einem Reinheitsgrad von 90 bis 95 Prozent.

In jüngerer Zeit haben mehrere Industriegaseunternehmen Systeme auf den Markt gebracht, die auf verbesserten lithiumbasierten Adsorbenzien beruhen. Sie zeichnen sich durch höhere Selektivität und besseren Massentransfer aus. Diese hochentwickelten Adsorbenzien ermöglichen in Verbindung mit diversen mechanischen Innovationen, wie zum Beispiel den Einsatz von Radialbetten statt konventioneller vertikaler und horizontaler Bettanordnungen, verbesserten Lüftungsgeräten und Kompressionssystemen sowie einfacheren Steuerungskonzepten den Aufbau von kompakteren Systemen. Dank dieser Fortschritte beträgt der Adsorbensbedarf moderner Systeme weniger als 25 Prozent von dem der ursprünglichen Systeme, und der Energiebedarf ist um mehr als 20 Prozent vermindert worden.

Derartige Verbesserungen haben es der Industrie ermöglicht, die maximale Leistung einer Single-Train-Einheit auf Adsorptionsbasis zu verdreifachen. So galten beispielsweise 30 Tonnen/Tag als wirtschaftliche Grenze für den Einsatz adsorbensgestützter Systeme. Heute sind Onsite-PSA-Systeme gängig, die 200 Tonnen/Tag Sauerstoff produzieren.

Dank aller dieser Neuerungen konnten nichtkryogene Systeme für die Vor-Ort-Sauerstoffproduktion über die herkömmlichen Märkte mittlerer Volumina (d. h. die 20 bis 100 Tonnen/Tag benötigen) hinaus wachsen und auch einen umfangreicheren Sauerstoffbedarf von 100 bis 300 Tonnen/Tag und darüber decken: Dies ist insbesondere für Kunden von Bedeutung, deren Möglichkeiten sich früher auf den Einsatz einer kryogenen Luftzerlegungsanlage vor Ort beschränkte. Diesen Verbesserungen verdankt die nichtkryogene Luftzerlegung ihr schnelles Vordringen in neue Märkte jenseits der herkömmlichen Abnehmer.

Weiterentwicklung der kryogenen Luftzerlegung

Bisherige große kryogene Luftzerlegungsanlagen waren entsprechend den Anforderungen der traditionellen Anwender auf die Produktion von hochreinem Sauerstoff ausgelegt. Für kryogen erzeugten Sauerstoff mit einer Reinheit von etwa 95 Prozent gab es hingegen kaum Anwendungen. Diese Rahmenbedingungen haben sich mit dem verstärkten Auftreten anderer Anwendungen im Bereich CCS und Stromerzeugung, zum Beispiel die Oxyfuel-Verbrennung, grundlegend geändert. Bei diesen Verfahren ist eine Sauerstoffreinheit von 95 Prozent völlig ausreichend. Daher gilt es nun, die Energieeffizienzoptimierung bei kryogenen Luftzerlegungsanlagen konsequent voranzutreiben. Ansatzpunkte sind hier beispielsweise Mehrsäulenverfahren, niedrigerer Prozessluftdruck oder die Verdichtung mit höherem Wirkungsgrad. Auf diese Weise sind schon heute Energieeinsparungen von etwa 20 Prozent möglich und diese Anlagen können bei den beschriebenen neuen Anwendungen voll genutzt werden. Die Planungen, den Eigenenergiebedarf kryogener Luftzerlegungsanlagen im Tonnage-Maßstab deutlich zu senken, sind in vollem Gange.

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