Kinetische Untersuchungen der adsorptiven Luftzerlegung an Kohlenstoffmolekularsieben

In den letzten Jahrzehnten hat sich die adsorptive Luftzerlegung zu einem der wichtigsten thermischen Trennverfahren zur Herstellung von Stickstoff und Sauerstoff aus Luft etabliert. Dabei werden sowohl der Gleichgewichtseffekt als auch der kinetische Effekt zur Trennung der Teilkomponenten Stickstoff und Sauerstoff ausgenutzt. Wahrend mit Zeolithen uber den Gleichgewichtseffekt vorwiegend Stickstoff in dem porosen Adsorbens angereichert und von Sauerstoff abgetrennt wird, kann mithilfe von Kohlenstoffmolekularsieben Sauerstoff rasch aufgenommen werden und so bis zu 99,999 % reiner Stickstoff gewonnen werden. Vor allem bei Kohlenstoffmolekularsieben besteht noch enormer Forschungs- und Entwicklungsbedarf fur die Realisierung dieser kinetischen Trennung. Zudem stehen theoretische Betrachtungen zur Kinetik derartiger Adsorptionsprozesse im Fokus wissenschaftlicher Studien. In recent years, the adsorptive air separation was established as one of the most important thermal separation processes for the generation of nitrogen and oxygen from air. Both the effects of equilibrium and kinetics can be applied for the separation of nitrogen and oxygen. Nitrogen can be enriched by an equilibrium effect in the adsorbed phase of zeolites, whereas oxygen remains in the gas phase. In contrast to zeolites, oxygen can diffuse much faster into the pores of carbon molecular sieves resulting in a gas phase enriched with nitrogen. In order to exploit this kinetic separation effect in industrial applications, the properties of carbon molecular sieves, e.g., pore aperture, overall pore volume, or release of heat of adsorption are important. Furthermore, research activities are focused on theoretical approaches to describe the kinetic behavior.