VariPSA

Die technische Nutzung von Sorptionsprozessen gewann in den letzten Jahren an zunehmender Bedeutung. Die Anwendungsbereiche sind dabei breit gefächert und reichen von der Biogasaufbereitung, über die Medizintechnik bis hin zur Gasspeicherung. Die Messung des Sorptionsvermögens von Materialen kann, neben gravimetrischen oder volumetrischen Methoden, auch durch die Messung von Durchbruchskurven erfolgen. Diese Methode erlaubt, neben der Ermittlung des Sorptionsisothermen, auch eine Beurteilung von Sorptionskinetik und Reaktionswärme.

Zur realitätsnahen Untersuchung dieser Prozesse bietet RuboLab eine Druckwechseladsorptionsanalge im Labormaßstab an. In der Standardausführung ermöglicht das vollautomatisierte Messsystem die Aufnahme von Durchbruchskurven in einem Adsorber, wie auch die Durchführung von Parameterstudien an PSA / VSA Prozessen. Zu diesem Zweck verfügt das Instrument über zwei Edelstahlkolonnen, die mit dem zu untersuchenden Material befüllt werden können. Mithilfe von Massendurchflussreglern und einem Druckregelsystem werden Staudrücke bis zu 69 bar generiert.

Das gesamte Fluidhandling erfolgt mittels pneumatisch betriebenen Hochdruckventilen und rein metallisch gedichteten Verschraubungen. Auf diese Weise werden geringste Leckageraten und exzellente Vakuumbedingungen im System gewährleistet.
Die Adsorptionsfront im Adsorber wird über insgesamt 5 Temperaturmessstellen detektiert. Zur Erfassung des Durchbruchs im Adsorber kann verschiedene Gasanalytik adaptiert werden (NDIR, WLD, GC oder MS).

Messdaten

Die linke Abbildung zeigt Daten einer Sorptionsmessung am VariPSA-Messsystem. Hierbei wurde die Sorption eines binären Gemisches mit der Zusammensetzung von 60 vol-% N2 und 40 vol-% CO2 an einem zeolitischen Molekularsieb des Typs 13X analysiert. Man erkennt den zeitlich versetzten Temperaturpeak im durchströmten Adsorber, der eine sorptionsbedingte Temperaturerhöhung um ca. 40°C aufweist. Der Durchbruch wird über den steigenden CO2-Anteil im Abgasstrom detektiert. In diesem Beispiel wurde zur Detektion des CO2-Gehaltes ein nicht-dispersiver Infrarot-Sensor (NDIR) verwendet.

Produkt-Highlights

Modulare Erweiterbarkeit
In der Standardversion verfügt die VariPSA über zwei Adsorberkolonnen. Das Gesamtsystem ist modular aufgebaut und kann, auch nachträglich, um weitere Adsorber (max. 10) ergänzt werden. Die Volumen der einzelnen Kolonnen können durch die Verwendung von Einlegezylindern kundenspezifisch angepasst werden.

Vollständige Automatisierung
Die ebenfalls modular erweiterbare Softwareoberfläche ermöglicht die automatisierte Durchführung komplexester PSA oder VSA-Prozesse. Ein integriertes Touch-Display gibt die Online-Daten während der Messung wieder. Zudem werden alle Daten im ASCII-Format abgespeichert und können über einen USB-Port am System ausgelesen werden.

Hochgenaue Sensoren
Das System verfügt über hochauflösende Druck- und Temperatursensoren, um die bestmögliche Messgenauigkeit zu gewährleisten. Die verwendeten Drucksensoren zur Detektion des Adsorberdrucks weisen dabei eine Genauigkeit von 0,04% FS auf.

Referenzen / Anwendungsbeispiele

Das VariPSA-Messystem wurde für die Untersuchung von Durchbruchskurven ( H2-CO2-Gemische) an neu synthetisierten MOFs (metall-organischen Gerüstwerkstoffen) verwendet.

Quelle: S. Nandi et.al., A single-ligand ultra-microporous MOF for precombustion CO2 capture and hydrogen purification, Sci.Adv. 2015;1 (2015)

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