gasscheiding

Gasscheiding is een verzamelnaam voor processen die een gasmengsel verdelen in twee of meer componenten met verschillende fysische eigenschappen. Het doel is het verkrijgen van gewenste zuiverheden of samenstellingen voor verdere verwerking. Veel voorkomende toepassingen zijn de behandeling van aardgas (verwijdering van CO2 en H2S), biogasupgrading, en de productie van zuivere zuurstof of stikstof uit lucht, evenals de zuivering van waterstof of kooldioxide uit procesgassen.

De belangrijkste benaderingen zijn membranen, adsorptie en cryogene scheiding, vaak aangevuld met absorberende processen. Membrantechnologie maakt gebruik van selectieve doorgang door verschillende membranen, gebaseerd op verschillen in diffusie en oplosbaarheid. Typen zijn polymerische membranen en keramische membranen; gemengde matrixmembranen komen ook voor. Membrantechnologie biedt compacte installaties en doorgaans lagere energiebehoefte dan conventionele scheidingstechnieken, maar kent beperkingen bij hoge doorstroomsnelheden en kan minder zuiverheid leveren dan sommige alternatieven.

Adsorptie maakt gebruik van verschillen in adsorptie tussen componenten in bedden van vaste adsorbenten (bijv. zeolieten of koolstoffen). Processen zoals PSA (drukwisseling) en VSA (vacuumwisseling) leveren hoge zuiverheden en recoveries voor diverse scheidingslopen, met relatief lage operationele kosten. Regeneratie van adsorbenten gebeurt doorgaans bij lagere temperaturen of onder hogere drukken.

Cryogene scheiding omvat distillatie bij zeer lage temperatuur, meestal toegepast voor grote volumestromen zoals lucht- en syngasprocessen. Het levert zeer hoge zuiverheden en kan meerdere componenten gelijktijdig scheiden (bijv. O2 en N2). Nadelen zijn hoge investerings- en energiekosten en grotere installatiedimensies.

Absorptie met chemische oplosmiddelen (bijv. aminen) wordt veel toegepast voor CO2-verwijdering uit gasstromen of in post-combustion CO2-afvang. Componenten lossen op in de vloeistof en worden bij regeneratie teruggewonnen door verhitting of drukverlaging. Deze technologie is wijdverspreid in olie- en gasindustrie en in CO2-afvangsystemen.

Belangrijke prestatiekenmerken zijn selectiviteit, permeabiliteit of oplosbaarheid, zuiverheid, recuperatie, energieverbruik en kosten. Ontwerprichtlijnen betreffen feedgascompositie, druk, temperatuur en massatransport. Bij membranescheiding bestaan trade-offs tussen selectiviteit en permeatie (Robeson-upper bound). Daarnaast zijn er uitdagingen zoals CO2-plasticisatie, fouling van adsorbenten en materiaalkosten.