Wie KNF Membranpumpen die Rückgewinnung von Edelgasen optimieren

Edelgase und ihre Herkunft

Edelgase wie Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon sind in der Erdatmosphäre sehr selten. Das meiste Helium stammt beispielsweise aus Erdgasfeldern, wo es als Nebenprodukt bei der Erdgasförderung anfällt, während Neon, Argon und Krypton aus Nebenprodukten der Luftverflüssigung stammen. Die noch selteneren Gase Xenon und Radon werden hauptsächlich aus Kernreaktionen erzeugt. Die Gewinnung dieser wertvollen Gase ist aufgrund der geringen Konzentrationen und der komplexen Reinigungsanforderungen ein aufwändiger und schwieriger Prozess.

Edelgase kommen in der Natur in sehr geringen Konzentrationen vor und machen in der Atmosphäre weniger als 1 % aus. Daher erfordert ihre Rückgewinnung hocheffiziente Abscheidungs- und Reinigungstechniken. Ihre chemische Reaktionsträgheit erschwert die Separation von anderen Gasen zusätzlich und macht die Rückgewinnung zu einer komplexen Aufgabe. Da einige dieser Verfahren äußerst energieintensiv sind, können sie außerdem sehr kostspielig sein.

Mit innovativen Ansätzen Edelgase zurückgewinnen

In der Industrie und in Laboren werden verschiedene Techniken zur effizienten Rückgewinnung von Edelgasen eingesetzt. Diese umfassen in der Regel eine Kombination aus physikalischen und chemischen Verfahren zur Extraktion und Reinigung der wertvollen Gase. Im Folgenden stellen wir eine Auswahl möglicher Verfahren vor:

• Kryogene Gastrennung: Ein häufig angewandtes Verfahren zur Rückgewinnung von Edelgasen ist die kryogene Gastrennung. Dabei werden die unterschiedlichen Siedepunkte der Gase zur Stofftrennung genutzt. Zunächst wird Luft so weit abgekühlt, dass sie sich verflüssigt. Anschließend werden die einzelnen Gase durch fraktionierte Destillation getrennt. So kann beispielsweise Helium isoliert werden, da es einen niedrigeren Siedepunkt als die anderen Gase hat. Dieses Verfahren ist zwar im industriellen Maßstab effizient, verbraucht jedoch viel Energie und erfordert hochentwickelte Anlagen.
• Lösungsmittelrückgewinnung: Zur selektiven Entfernung von Edelgasen aus Gasgemischen werden Adsorptionsmittel wie Aktivkohle und Zeolithe eingesetzt. Diese haben die Eigenschaft, Edelgase einzuschließen, während sie andere Gase passieren lassen. Wird das Gasgemisch durch ein Adsorptionsmittelbett geleitet, bleiben die Edelgase zurück und werden später durch Erhitzen wieder freigesetzt und gereinigt. Dieses Verfahren hat den Vorteil eines geringen Energieverbrauchs, erfordert aber eine sorgfältige Auswahl des Adsorptionsmittels und optimale Betriebsbedingungen, um effizient zu sein.
• Membrantrennverfahren: Die Gastrennung mittels Membranen ist eine Technik, die sich gut für die Rückgewinnung von Edelgasen aus Gemischen mit geringer Edelgaskonzentration eignet. Dabei werden semipermeable Membranen aus Polymeren oder Keramik verwendet, die die Gase selektiv nach ihrer Molekülgröße filtern. Edelgase diffundieren durch diese Membranen schneller als andere Gase und können so abgetrennt und zurückgewonnen werden. Dieses Verfahren wird wegen seiner Einfachheit, kompakten Bauweise und kontinuierlichen Arbeitsweise bevorzugt, ist aber für Anwendungen mit hohen Edelgaskonzentrationen nicht ideal.
• Evakuierung: Zur Entfernung von Restgasen aus Gasbehältern werden Vakuumpumpen eingesetzt, die die Behälter effizient auf ein tiefes Vakuumniveau evakuieren. Auch wenn beispielsweise aus einer einzelnen Flasche nur wenig Restgas entfernt werden kann, summiert sich der Effekt beim Evakuieren mehrerer Behälter erheblich.

Membranpumpen für die präzise Gasrückgewinnung

Zweistufige Membranpumpen wie die KNF N 630.15 sind für die Rückgewinnung von Edelgasen optimal geeignet. Sie kombinieren eine effiziente und zuverlässige Leistung unter anspruchsvollen Bedingungen mit der Flexibilität, ein breites Spektrum an Volumen, Drücken und Gaszusammensetzungen zu handhaben. Darüber hinaus sind sie äußerst vielseitig sowie individuell anpassbar und eignen sich sowohl für kleine als auch große Anwendungen, während ihr robustes Design und ihre inhärente Gasdichtheit Leckagen minimieren. Um dies zu gewährleisten, werden diese Pumpen vor der Auslieferung üblicherweise einem speziellen Helium-Lecktest unterzogen.

KNF Membranpumpen und Kompressoren meistern effizient die Herausforderungen der Gasverdichtung, bei der mechanische Energie in Wärme umgewandelt wird. Dies gilt insbesondere für Edelgase, die aufgrund ihres höheren Isentropenexponenten bei Verdichtung mehr Wärme abgeben. Um die Integrität und Effizienz der Edelgasrückgewinnung zu erhalten, können KNF Pumpen optional mit Features wie einer Wasserkühlung des Pumpenkopfes, der Absenkung der Gaseintrittstemperatur und der Integration von Temperatursensoren in die Zwischenplatten ausgestattet werden, die alle zu einem besseren Wärmemanagement während der Verdichtung beitragen.

Dank umfassender Erfahrung im Wärmemanagement bei Verdichtungsprozessen und in der Verbesserung der Integrität und Effizienz der Edelgasrückgewinnung bietet KNF eine umfassende Beratung von Ingenieur zu Ingenieur, um auch für die anspruchsvollsten Anwendungen die ideale Lösung zu finden.