PSA-Adsorber: Wie wird Wasserstoff durch Druckwechseladsorption gereinigt?
Bei der Herstellung und Aufbereitung von Wasserstoff entsteht häufig zunächst kein vollständig reiner Wasserstoff. Je nach Herstellungsverfahren enthält das Gas weitere Bestandteile, die für die gewünschte Anwendung entfernt werden müssen.
Eine etablierte Technologie zur Gasreinigung ist die Druckwechseladsorption, kurz PSA (Pressure Swing Adsorption).
Das Herzstück einer PSA-Anlage sind mehrere PSA-Adsorber. Sie sind mit einem speziellen Adsorptionsmittel gefüllt und arbeiten abwechselnd bei unterschiedlichen Druckniveaus.
Wie funktioniert ein PSA-Adsorber?
Das Prinzip ist vergleichsweise einfach: Bestimmte Bestandteile eines Gasgemisches lagern sich unter erhöhtem Druck bevorzugt an der Oberfläche des Adsorptionsmittels an. Wasserstoff wird dabei weniger stark adsorbiert und kann den Adsorber als Produktgas verlassen.
Ist die Aufnahmekapazität des Adsorptionsmittels erreicht, wird der Druck abgesenkt. Die zuvor gebundenen Bestandteile werden wieder freigesetzt und der Adsorber wird regeneriert.
Da ein einzelner Adsorber während der Regeneration kein Produktgas reinigen kann, arbeiten PSA-Anlagen mit mehreren Behältern. Während ein Adsorber Wasserstoff reinigt, werden andere Adsorber regeneriert oder für den nächsten Zyklus vorbereitet. Durch die zeitlich abgestimmte Umschaltung kann der Prozess kontinuierlich betrieben werden.
Welche Adsorptionsmittel eingesetzt werden, wie viele Adsorber erforderlich sind und wie der genaue Druck- und Spülzyklus aussieht, hängt von der jeweiligen Verfahrenstechnik ab und wird vom Anlagenbauer ausgelegt.
Welche Funktion haben Coalescer und Product Filter?
Neben den PSA-Adsorbern können weitere Druckbehälter und Abscheider Bestandteil einer Gasaufbereitungsanlage sein.
Ein Coalescer dient dazu, feine Flüssigkeitströpfchen aus einem Gasstrom abzuscheiden. Kleine Tropfen werden dabei zusammengeführt und können anschließend aus dem Gasstrom entfernt werden. So lassen sich nachgeschaltete Komponenten vor Flüssigkeitseintrag schützen.
Ein Product Filter übernimmt dagegen eine Filter- bzw. Abscheidefunktion für das Produktgas. Je nach Anlagenkonzept können damit beispielsweise Partikel oder andere unerwünschte Bestandteile aus dem aufbereiteten Wasserstoff entfernt werden.
Was ist ein Tail Gas Drum?
Bei der Regeneration der PSA-Adsorber entsteht ein Gasstrom, der die zuvor adsorbierten Bestandteile enthält. Dieses sogenannte Tail Gas kann gesammelt, gepuffert und anschließend einer weiteren Verwendung oder Behandlung zugeführt werden.
Dafür kann ein Tail Gas Drum eingesetzt werden. Er bildet damit einen weiteren Druckbehälter innerhalb der Gesamtanlage und kann dazu beitragen, den Gasstrom zwischen verschiedenen Prozessschritten zu vergleichmäßigen.
PSA-Adsorber als Druckbehälter
Aus Sicht des Behälterbaus stellen PSA-Adsorber besondere Anforderungen. Neben Auslegungsdruck und Temperatur müssen beispielsweise Gaszusammensetzung, Abmessungen, Anschlüsse, Einbauten und die Anzahl der Druckwechsel berücksichtigt werden.
Die verfahrenstechnische Auslegung einer PSA-Anlage liegt beim jeweiligen Anlagenbauer.
VAKO fertigt die dafür benötigten Druckbehälter nach den projektspezifischen Anforderungen. Dazu gehören neben PSA-Adsorbern auch Product Filter, Coalescer und Tail Gas Drums.
Damit verbindet VAKO seine langjährige Erfahrung im Druckbehälterbau mit den besonderen Anforderungen moderner Gasaufbereitungsanlagen.