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Herstellung von reinen Gasen

Für die Produktion von reinen Gasen wird Luft in ihre Bestandteile zerlegt. In den sogenannten Luftzerlegungsanlagen lassen sich die einzelnen Luftkomponenten durch ein thermisches Trennverfahren (Tieftemperatur-Rektifikation) voneinander trennen.

Luft ist ein Gasgemisch, das sich hauptsächlich aus Stickstoff (78 Prozent), Sauerstoff (21 Prozent) und dem Edelgas Argon (0,9 Prozent) zusammensetzt. Die restlichen 0,1 Prozent bestehen aus Kohlendioxid, Wasserstoff und den Edelgasen Neon, Helium, Krypton und Xenon.

Mithilfe der Tieftemperatur-Rektifikation kann Luft durch spezielle Anlagen in ihre Bestandteile zerlegt werden, um Stickstoff, Sauerstoff und Argon in hochreiner Konzentration und in flüssiger und gasförmiger Form zu gewinnen.

Prozess der Luftzerlegung

Eine Luftzerlegungsanlage (Tieftemperatur-Rektifikation) trennt atmosphärische Luft in ihre einzelnen Hauptkomponenten, die aus Stickstoff, Sauerstoff und Argon sowie andere seltene Inertgase bestehen. Für die Luftzerlegung werden folgende Schritte durchlaufen:

  1. Luft verdichten
    Die Umgebungsluft wird angesaugt, gefiltert und von einem Kompressor auf etwa 6 bar verdichtet.

  2. Luft vorkühlen
    Für die Trennung der Luft in ihre Bestandteile, muss sie verflüssigt und dazu extrem abgekühlt werden. Die verdichtete Luft wird daher zunächst mit Wasser vorgekühlt.

  3. Luft reinigen
    Die Luft wird anschließend in einem sogenannten Molsieb von Unreinheiten wie Wasserdampf und Kohlendioxid befreit.

  4. Luft abkühlen
    Da Gase nur bei sehr niedrigen Temperaturen ihren Siedepunkt erreichen und sich somit verflüssigen, wird die gereinigte Luft im Hauptwärmetauscher auf -180 °C abgekühlt. Die Abkühlung erfolgt durch einen permanenten Kühlkreislauf – im Gesamtprozess bereits erzeugte kalte Gasströme kühlen dabei die verdichtete Luft. Beim anschließenden Entspannen und entscheidenden Abkühlen erreicht die Luft schließlich den Siedepunkt (-191 °C bis -193 °C) und verflüssigt sich teilweise. Nun kann die Luft im eigentlichen Luftzerleger, der Trennkolonne, zerlegt werden.

  5. Luft zerlegen
    Die Zerlegung der Luft in reinen Sauerstoff und reinen Stickstoff erfolgt in zwei Trennsäulen, der Mitteldruck- und der Niederdrucksäule. Beim Trennprozess werden die unterschiedlichen Siedepunkte der Luftbestandteile genutzt: Sauerstoff verflüssigt sich bei -183 °C und Stickstoff bei -196 °C. Durch intensiven Wärmeaustausch zwischen aufsteigendem Dampf und der herablaufenden Flüssigkeit erhält man über kontinuierliches Verdampfen und Kondensieren am Kopf der Kolonne reinen Stickstoff und am Boden, dem „Sumpf“, flüssigen Sauerstoff. Reines Argon wird durch weitere Trennsäulen und Verfahrensschritte erzeugt.

  6. Entnahme und Lagerung
    Sauerstoff und Stickstoff werden in gasförmiger Form in ein Rohrleitungsverbundnetz eingespeist und direkt zum Verbraucher, beispielsweise ein Stahlwerk, geleitet. Flüssiger Sauerstoff, Stickstoff und Argon werden in Speichertanks zwischengelagert und in Tankwagen zum Anwender transportiert. So werden auch reine Gase als Betriebsgase für Analysegeräte hergestellt.

 

 

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