Kohlenstoff-Molekularsieb

1. Partikeldurchmesser: 1,0–1,3 mm

2. Schüttdichte: 640-680 kg/m³

3. Adsorptionsdauer: 2x60S

4. Druckfestigkeit: ≥70 N/Stück

Zweck: Kohlenstoffmolekularsiebe sind ein in den 1970er Jahren entwickeltes, neuartiges Adsorptionsmittel. Es handelt sich um ein hervorragendes, unpolares Kohlenstoffmaterial. Kohlenstoffmolekularsiebe (CMS) werden zur Stickstoffanreicherung aus der Luft mittels eines Niederdruck-Stickstoffverfahrens bei Raumtemperatur eingesetzt. Im Vergleich zum herkömmlichen Hochdruck-Tiefkühlverfahren bietet CMS geringere Investitionskosten, eine höhere Stickstoffproduktionsrate und niedrigere Stickstoffkosten. Daher ist es das bevorzugte Adsorptionsmittel für die Druckwechseladsorption (PSA) zur stickstoffreichen Lufttrennung in der Industrie. Der so gewonnene Stickstoff findet breite Anwendung in der chemischen Industrie, der Öl- und Gasindustrie, der Elektronikindustrie, der Lebensmittelindustrie, der Kohleindustrie, der pharmazeutischen Industrie, der Kabelindustrie, der Metallwärmebehandlung sowie im Transport- und Lagerbereich.

Funktionsprinzip: Kohlenstoffmolekularsiebe nutzen ihre Siebeigenschaften zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff. Bei der Adsorption von Verunreinigungsgasen an Molekularsieben dienen die großen und mesoporösen Bereiche lediglich als Kanäle. Adsorbierte Moleküle werden in die Mikro- und Submikroporen transportiert, deren Volumen das eigentliche Adsorptionsvolumen darstellt. Wie in der vorherigen Abbildung dargestellt, weisen Kohlenstoffmolekularsiebe eine große Anzahl von Mikroporen auf. Diese ermöglichen es Molekülen mit kleiner kinetischer Größe, schnell in die Poren zu diffundieren, während der Eintritt von Molekülen mit großem Durchmesser eingeschränkt wird. Aufgrund der unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten von Gasmolekülen verschiedener Größe können die Komponenten des Gasgemisches effektiv getrennt werden. Daher sollte die Mikroporenverteilung im Kohlenstoffmolekularsieb entsprechend der Molekülgröße im Bereich von 0,28 nm bis 0,38 nm liegen. Im Mikroporenbereich diffundiert Sauerstoff schnell durch die Porenöffnungen, während Stickstoff nur schwer hindurchtritt. Dadurch wird eine Trennung von Sauerstoff und Stickstoff ermöglicht. Die Mikroporengröße ist die Grundlage für die Sauerstoff-Stickstoff-Trennung mittels Kohlenstoffmolekularsieben. Ist die Porengröße zu groß, können Sauerstoff und Stickstoff leicht in die Mikroporen des Molekularsiebs eindringen, und eine Trennung ist nicht möglich. Ist die Porengröße hingegen zu klein, können Sauerstoff und Stickstoff nicht in die Mikroporen gelangen, und auch hier ist eine Trennung nicht möglich.

Stickstoffzerlegungsanlage mit Kohlenstoffmolekularsieb: Diese Anlage ist allgemein als Stickstoffmaschine bekannt. Das technologische Verfahren basiert auf der Druckwechseladsorption (PSA-Verfahren) bei Normaltemperatur. Die Druckwechseladsorption ist ein Adsorptions- und Trennverfahren ohne Wärmezufuhr. Die Adsorptionskapazität des Kohlenstoffmolekularsiebs für adsorbierte Komponenten (hauptsächlich Sauerstoffmoleküle) wird durch das oben beschriebene Prinzip während der Druckbeaufschlagung und Gasproduktion erhöht und durch Desorption während der Druckentlastung und Entlüftung wiederhergestellt, wodurch das Kohlenstoffmolekularsieb regeneriert wird. Gleichzeitig durchströmt der im Bett angereicherte Stickstoff das Bett und wird zum Produktgas. Jeder Schritt ist ein zyklischer Vorgang. Der zyklische Ablauf des PSA-Prozesses umfasst: Druckbeaufschlagung und Gasproduktion; Druckausgleich; Druckabfall und Entlüftung; erneute Druckbeaufschlagung und Gasproduktion. Diese Arbeitsschritte bilden zusammen einen zyklischen Prozess. Je nach Regenerationsmethode kann der Prozess in Vakuum- und Atmosphärenregeneration unterteilt werden. Die Ausrüstung der PSA-Stickstofferzeugungsanlage kann je nach Bedarf des Anwenders ein Luftkompressionsreinigungssystem, ein Druckwechseladsorptionssystem, ein Ventilprogrammsteuerungssystem (für die Vakuumregeneration wird auch eine Vakuumpumpe benötigt) und ein Stickstoffversorgungssystem umfassen.