Verantwortliche Redakteure: Berit Franz, Hans Hiller, Dr. Hartwig Müller, Hartmut Öhmen, Sarina Peters

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1 1x1 der Gase

2 1x1 der Gase, 1. Auflage, 2005 Herausgeber AIR LIQUIDE Deutschland GmbH Hans-Günther-Sohl-Str Düsseldorf Fon: +49 (0) Fax: +49 (0) Verantwortliche Redakteure: Berit Franz, Hans Hiller, Dr. Hartwig Müller, Hartmut Öhmen, Sarina Peters Mit Beiträgen von: Stefan Franz, Dr. Hermann Grabhorn, Dr. Michael Hanisch, Werner Kaplik, Klaus Krinninger, Guido Landen, Hans-Joachim Lauer, Christoph Launer, Heiko Lüllmann, Klaus Markhoff, Dr. Markus Meurer, Dr. Peter Neu, Christof Roling, Dr. Michael Schieferstein, Gerhard Schmidt, Dr. Bruno Reimann, Dr. Claus Vogdt Wissenschaftliche Leitung: Dr. Eberhard Riedel Mit freundlicher Unterstützung durch Dietlind Gillner Der Herausgeber schließt jegliche Gewährleistung für die in diesem Handbuch genannten Daten aus und übernimmt keine Haftung für Schäden aus fehlerhaften Angaben. Die Haftung für Vorsatz bleibt unberührt. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Sämtliche dadurch begründeten Rechte, insbesondere zur Veröffentlichung, Vervielfältigung, Verbreitung und öffentlichen Zugänglichmachung, bleiben ausdrücklich vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen davon ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Gedruckt in der Bundesrepublik Deutschland von Karten Druck & Verlag GmbH, Mönchengladbach AIR LIQUIDE Deutschland GmbH, 2005

3 Das 1x1 der Gase Das 1x1 der Gase Mit dem 1x1 der Gase bietet die AIR LIQUIDE Deutschland GmbH Anwendern von technischen und medizinischen Gasen ob als Druckgas oder in tiefkalt verflüssigter Form eine umfassende Daten- und Informationsquelle. In dieses Werk sind Wissen und Erfahrung vieler Experten eingeflossen, die durch den Kontakt zu Gaseanwendern, Aufsichtsbehörden und vielen anderen Fachleuten ein umfassendes Know-how zu allen möglichen Facetten im Umgang mit Gasen haben. Das Ergebnis ist ein für Praktiker konzipiertes Nachschlagewerk im handlichen Taschenbuchformat, das Fragen beispielsweise nach dem richtigen Druckminderer oder zu physikalischen Eigenschaften des jeweiligen Gases schnell und zuverlässig beantwortet. Druckgase unterliegen detaillierten gesetzlichen Regelungen. Da Gesetze und technische Regelwerke laufend modifiziert werden, sind diese hier nur namentlich genannt die jeweils gültige und aktuelle Version ist im Internet auf den Seiten der EU bzw. der jeweils zuständigen Organisation zu finden. Da es mittlerweile besondere Vorschriften für medizinische Gase gibt, ist diesen ein eigenes Kapitel gewidmet. Alle Stoffdaten wurden einschließlich der zugrunde gelegten Literaturangaben gründlich geprüft. Das 1x1 der Gase liefert Daten zu allen Gasen, die vom Europäischen Industriegaseverband EIGA genannt werden. In der Stoffliste am Ende des Buchs finden sich zu jedem Gas in übersichtlicher Form die wichtigsten physikalischen und chemischen Eigenschaften sowie sicherheitstechnische Daten und die EU-weit einheitliche Farbgebung für Druckgasflaschen. Wir hoffen, dass unser 1x1 der Gase für Sie zu einer wertvollen Hilfe im Arbeitsalltag wird. AIR LIQUIDE Deutschland GmbH 3

4 Inhaltsverzeichnis Seite Industriegase stellen sich vor 10 Begriffsbestimmungen 11 Kurze Übersicht der technischen Einrichtungen Erzeugung von Industriegasen und Spezialgasen Großtechnische Erzeugung von Industriegasen Gewinnung von Stickstoff, Sauerstoff und Edelgasen durch kryogene Luftzerlegung 13 Zusammensetzung der Luft 13 Stickstofferzeugung durch kryogene Luftzerlegung 13 Sauerstofferzeugung durch kryogene Luftzerlegung 14 Erzeugung von Edelgasen Gewinnung von Stickstoff und Sauerstoff durch nichtkryogene Luftzerlegung 17 Adsorptionsverfahren 17 Stickstofferzeugung mit PSA-Anlagen (Pressure-Swing-Adsorption) 17 Sauerstofferzeugung mit PSA-Anlagen (Pressure-Swing-Adsorption) 18 Sauerstofferzeugung mit VPSA-Anlagen (Vacuum-Pressure-Swing-Adsorption) 19 Membranverfahren 20 Stickstofferzeugung mit Membranen (Permeation) Gewinnung und Verflüssigung von Kohlendioxid 21 Natürliche Quellen 21 Prozess-Kohlendioxid 22 Gärungs-Kohlendioxid 23 Gewinnung aus Carbonaten 23 Kohlendioxid-Verdichtung 23 Reinigung und Trocknung 24 Kohlendioxid-Verflüssigung 24 Der flüssige Zustand 24 Trockeneis Gewinnung von Helium aus Erdgasquellen Gewinnung von Acetylen 28 Der Erdöl-Crackprozess 28 Der Calciumcarbid-Wasserprozess 29 Die Abfüllung 30 4

5 1.1.6 Erzeugung von Prozess- und Synthesegasen 30 Verfahren zur Partiellen Oxidation (POX) 31 Steam-Reforming-Verfahren 32 Rohgas-Aufbereitung und Gasreinigung Erzeugung von Wasserstoff 34 Chloralkali-Elektrolyse 34 Wasser-Elektrolyse 35 Thermische Verfahren Onsite-Versorgungsanlagen 37 Voraussetzungen für den wirtschaftlichen Einsatz 38 Auslastung der Anlage 38 Abnahmemenge 38 Bedarfsprofil 38 Reinheit 38 Druck 39 Betriebsmittelkosten Erzeugung und Veredelung von Spezialgasen Spezialgaseprodukte Isotope Gasgemische Analytik 48 Analytik sichert die Qualität 48 Reinheit und Zusammensetzung 48 Kalibrierung/Referenzmaterialien/Rückführbarkeit/Ringversuche 50 Laborakkreditierung 51 Analytische Methoden 52 Messung von Ölspuren und Partikeln 53 Reinstgas-Generatoren für das Labor Lagerung und Transport von Industriegasen und Spezialgasen Logistik Lagern und Transportieren von Gasen Druckgasbehälter 57 Gängige Druckgasbehälter 58 Acetylenbehälter 59 Druckgasflaschenbündel 60 Druckdosen 61 5

6 2.2.2 Kennzeichnung von Stahlflaschen 62 Flaschenprägungen Gasflaschenventile Transport von Druckgasbehältern 66 Paletten für Druckgasflaschen Batteriefahrzeuge für verdichtete Gase Lagern und Transportieren von tiefkalt verflüssigten Gasen Lagerbehälter 71 Lagerbehälter für stationäre Versorgungen 71 Lagerbehälter für dezentrale Versorgungen Transportbehälter Transportfahrzeuge Entnahmeeinrichtungen und Transfersysteme Allgemeine Anforderungen Armaturen Druckminderer, Druckregler, Reduzierventile Ventile Filter Durchflussmesser Druckdosen-Zubehör Rohrleitungen Spezifikationen Nennweitenbestimmung 84 Wie wird die Nennweite exakter bestimmt? 85 Bestimmen der lichten Weite von Rohren 86 Kontrolle des Druckverlusts in Rohren 87 Kontrolle des Druckverlusts in Formstücken und Armaturen Verbindungselemente Reinigen und Spülen Gasnachreinigungssysteme Zentrale Reinstgasversorgung 94 6

7 3.5.1 Aufbau einer zentralen Reinstgasversorgung Entspannungsstationen Entnahmestellen Entnahmesysteme für tiefkalt verflüssigte Druckgase Transfersysteme für tiefkalt verflüssigte Druckgase Handhabung von Gasen/Sicherheitstechnische Hinweise Umgang mit Druckgasbehältern Installation zur Entnahme 105 Richtiger Flaschenwechsel Umgang mit Gasen Handhabung von Acetylen 110 Gasentnahme 110 Wichtig zum sicheren Arbeiten Handhabung von Reinst- und Prüfgasen Reinigen und Spülen Chemische Reaktionen Gasabgabe 114 Adsorbierte Schichten 114 Gelöste Gase Undichtheiten Entnahme von Gasgemischen Praxisbeispiele Handhabung von tiefkalten, verflüssigten Druckgasen Einfluss der tiefen Temperatur Gefahren durch Verdampfung Flüssiger Sauerstoff und flüssige Luft Flüssiges Neon und Helium, flüssiger Wasserstoff Gesetzliche Vorschriften und Regelwerke, Managementsysteme Gesetzliche Vorschriften und Regelwerke 125 Für die Druckgasbehälter 125 7

8 Für den Transport 127 Für den sicheren Umgang mit Gasen 128 Normen Managementsysteme Laborakkreditierung Medizinische Gase 133 Die Druckgasflasche als Arzneimittelverpackung 133 Versorgung von Krankenhäuser mit flüssigem Sauerstoff 134 Gasversorgungssysteme für medizinische Gase im Krankenhaus Gase für die Lebensmitteltechnik Physikalische Eigenschaften Reine Gase Druck, Volumen, Temperatur 137 Ideales Gas 138 Reales Gas 141 Gasmengenberechnung 143 Dichteberechnung 146 Berechnung des Drucks bei Temperaturänderung und konstanter Dichte 148 Zustandsgleichungen Dampfdruck und Verdampfungsenthalpie Wärmekapazität 154 Entnahme von unter Druck verflüssigten Gasen Viskosität Wärmeleitfähigkeit Gasgemische Angaben zur Zusammensetzung von Gasgemischen Berechnungsmethoden für Gemischgrößen aus den Stoffdaten der reinen Komponenten 173 Druck, Volumen, Temperatur 173 Reale Gasgemische 174 Gasmengenberechnung 176 Dichteberechnung 179 Berechnung des Drucks bei Temperaturänderung und konstanter Dichte 183 8

9 Wärmekapazität 184 Viskosität 184 Wärmeleitfähigkeit Dampf/Flüssig-Gleichgewicht 191 Berechnungsmethoden 192 Entnahmerechnungen für Flüssiggemische 194 Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten 196 Feuchte Gase Tabellen und Diagramme Realgasfaktor Übersichtsdiagramme der Dampfdruckkurven einiger Gase Stoffdaten entlang der Dampfdruckkurve Konstanten der Dampfdruckgleichung Spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck Polynomkoeffizienten für den idealen Gaszustand Dynamische Viskosität Wärmeleitfähigkeit, Gasphase Wärmeleitfähigkeit, flüssige Phase Löslichkeit von Gasen in Wasser Brennwerte und Heizwerte gasförmiger Brennstoffe Umrechnungstafeln Physikalische Konstanten Gesetzliche Größen und Einheiten Umrechnung verschiedener Maßeinheiten Stoffliste Begriffsbestimmungen Datenblätter der Gase 283 Stoffregister 411 Sachregister 415 Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen 421 Literaturverzeichnis 425 9