Druckwechseladsorption

Die Druckwechseladsorption ist ein Trennverfahren für Gasgemische, das beispielsweise für die Aufbereitung von Biogas zu Biomethan genutzt wird. Der Hauptzweck ist hierbei die Trennung des Methans vom Kohlenstoffdioxid, da Methan die energetisch nutzbare Komponente im Biogas ist. Zur Trennung der Medien werden Adsorptionsmittel, auch Adsorbenzien genannt, genutzt. Diese porösen Materialien adsorbieren verschiedene Medien in unterschiedlicher Zeit und Stärke. Das Adsorptionsverhalten der Adsorptionsmittel ist druckabhängig. Zudem können diese als Molekularsieb eingesetzt werden, indem deren Porengröße den Durchlass bestimmter Medien bestimmt. Typische Adsorptionsmittel sind Zeolithe, Aktivkohle oder Silikagel.

Vorgang

Im ersten Schritt wird das Gasgemisch unter Druckerhöhung einer Kolonne mit Adsorptionsmittel zugeführt. Die gewünschte Gaskomponente wird nun entnommen. Nach der Adsorption wird der Druck gesenkt, sodass die adsorbierte Komponente wieder vom Adsorptionsmittel abgegeben wird. Auf die Desorption erfolgt eine Evakuierung durch Spülen mit Roh- oder Produktgas. Das Rohgas bezeichnet dabei das ursprüngliche Gasgemisch, das Produktgas die gewünschte Gaskomponente. Mit einer erneuten Druckerhöhung und Zuführung des Gasgemisches beginnt der Prozess erneut. Durch Koppelung mehrerer Kolonnen ist ein kontinuierlicher Prozess möglich.

Anwendungsmöglichkeit: Biogasreinigung

Eine Hauptanwendung der Druckwechseladsorption ist die Entfernung von Kohlenstoffdioxid aus Biogas. Für die Einspeisung des Biogases in das Erdgasnetz sind eine Methananreicherung und eine Abtrennung des Kohlenstoffdioxids, der Feuchtigkeit sowie weiterer Spurengase erforderlich. Durch starke und schnelle Druckwechsel werden die Kohlenstoffdioxid-Moleküle an regenerierbarer Aktivkohle adsorbiert. Die Aktivkohle dient hierbei als ein Kohlenstoff-Molekularsieb. Vor der Druckwechseladsorption muss das Biogas im biologischen Wäscher entschwefelt und getrocknet werden, was einer Beeinträchtigung des Molekularsiebs vorbeugt und somit die Trennleistung erhöht. Um eine Gasreinheit von mehr als 97 Prozent Methan zu erhalten, muss das Gasgemisch zwei bis dreimal den gesamten Prozess durchlaufen, was einem Bedarf von vier bzw. sechs Adsorptionskolonnen entspricht.

Weitere Anwendung findet das PSA-Verfahren zur Sauerstoffanreicherung, Lufttrocknung und Wasserstoffreinigung für Brennstoffzellen.

Vor- und Nachteile

Der Gesamtenergiebedarf ist im Vergleich zu anderen Verfahren eher gering. Jedoch ist der Strombedarf, aufgrund der ständigen Druckwechsel, als relativ hoch einzustufen. Als Vorteil ist allerdings die Flexibilität des Verfahrens einzustufen, auch geringe Volumenströme von Gas- oder Flüssigkeitsgemischen behandeln zu können. Der Nachteil der Druckwechseladsorption liegt derzeit in den vergleichsweise hohen Methanverlusten im Abluftstrom, welcher aufgrund der hohen Treibhausgaswirksamkeit von Methan meist nachoxidiert werden muss.

Synonym(e):

Druckwechsel-Adsorption, PSA

Englische Übersetzung(en):

pressure swing adsorption, PSA