Fachkolloquium des Arbeitskreises. Neue Möglichkeiten in der Trenntechnik durch Einsatz stabiler keramischer Membranen

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1 Fachkolloquium des Arbeitskreises Der VDI führt gemeinsam mit dem Fraunhofer Institut IKTS, Hermsdorf ein Fachkolloquium am , 13:00 17:00 Uhr im Fraunhofer IKTS; Michael-Faraday-Str. 1; Hermsdorf durch. Neue Möglichkeiten in der Trenntechnik durch Einsatz stabiler keramischer Membranen Programm: 13:30 Besichtigung des IKTS Details siehe Programm, Seite 3 14:30 Dr.-Ing. Ronald Oertel, VDI Eröffnung; Neues aus dem VDI; Zielstellung des Workshops; Einführung in die Thematik 14:45 Dr. Ingolf Voigt; Fraunhofer IKTS Hermsdorf Keramische Nanofiltrationsmembranen mit einer Trenngrenze von 200 Da 15:15 Dipl.-Ing. Andreas Stobbe, Fa. Andreas Junghans, Frankenberg Membrananlagen für die Flüssigfiltration unter extremen Bedingungen 15:45 Pause, Gespräche bei Kaffee und Kuchen 16:15 Dr. Ralf Kriegel; Fraunhofer IKTS Hermsdorf Hochtemperatur-Gastrennung mit keramischen Membranen 16:45 Dipl.-Ing. Elmar Sommer, Sommer Verfahrenstechnik, Saalfeld Effiziente Verbrennung unter Verwendung keramischer Membranen 17:15 Diskussion, Zusammenfassung 17:30 Ende des Kolloquiums Die Veranstaltung ist kostenlos; Gäste sind willkommen Anmeldungen erbeten bis Die Anmeldung kann erfolgen über: Verein Deutscher Ingenieure VDI Hallescher Bezirksverein Franckestrasse Halle / Saale bv-halle@vdi.de Web: Dr.- Ing. Ronald Oertel VDI Leiter des Arbeitskreises V-E-S-Ingenieurberatung Dr. Oertel Reinefarthstraße Merseburg / / ro@v-e-s-ingenieurberatung.de Web:

2 Anfahrtsbeschreibung: Fraunhofer IKTS in Hermsdorf Michael-Faraday-Str. 1; Hermsdorf Mit dem PKW: Von der Ausfahrt Bad Klosterlausnitz / Hermsdorf (A9, Ausfahrt 23) folgen Sie der "Naumburger Straße" in Richtung Hermsdorf. Im Stadtzentrum (Kreisverkehr) biegen Sie rechts ab in die "Robert-Friese-Straße". Sie folgen dem Straßenverlauf in das Industrie- und Gewerbegebiet und biegen anschließend nach rechts ab in die "Michael-Faraday-Straße". Nach ca. 20 m erreichen Sie links das Gelände des IKTS. Von der Ausfahrt Hermsdorf - Ost (A4, Ausfahrt 56b) folgen Sie der "Geraer Straße" in Richtung Hermsdorf. Sie treffen auf die "Regensburger Straße", auf die Sie links einbiegen und dem Verlauf der Hauptstraße folgen. So gelangen Sie auf die Rodaer-Straße. Am Kreisverkehr biegen Sie nach rechts ab und folgen der Straße "Am Globus", welche in die "Robert-Friese-Straße" mündet. Links sehen Sie das Gebäude des IKTS und fahren danach links in die "Michael- Faraday-Straße". Nach ca. 20 m erreichen Sie links das Gelände des IKTS. IKTS Hermsdorfer Kreuz

3 Das Fraunhofer IKTS Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS mit seinen beiden Standorten in Dresden und Hermsdorf deckt das Feld der Hochleistungskeramik von der grundlagenorientierten Vorlaufforschung bis zur Anwendung in seiner ganzen Breite ab. Eine Hauptanwendungsrichtung liegt im Bereich Energie-, Chemie- und Umwelttechnik. Im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten stehen dabei keramische Membranen für die Flüssigfiltration, Pervaporation, Dämpfepermeation und Gastrennung sowie Katalysatoren für die Abgasreinigung und nasschemische Katalyse. Wir entwickeln leistungsfähige Batterien und Akkumulatoren zur Pufferung von Energiespitzen aus regenerativen Energiequellen. Darüber hinaus werden leistungsfähige Prozesstechniken zur Zerkleinerung und zum Aufschluss (Desintegration) biogener Substrate sowie Membranmodule und -anlagen zur Stofftrennung und Reaktion entwickelt. Deren Integration in bereits existierende Technologien (z. B. zur Gewinnung von Biogas und Bioalkohol) ermöglicht eine signifikante Effizienzsteigerung und bietet neue Ansätze in der Verfahrensentwicklung. Teilnahme an der Besichtigung des Fraunhofer IKTS Wer an der Besichtigung des Institutes um 13:00 Uhr mit teilnehmen möchte, der soll das bitte gesondert bei der Anmeldung zum Kolloquium mit angeben!

4 Kurzreferate der Vorträge zum Kolloquium Dr. Ingolf Voigt; Fraunhofer IKTS Hermsdorf Keramische Nanofiltrationsmembranen mit einer Trenngrenze von 200 Da Keramische Nanofiltrationsmembranen mit einer Trenngrenze von 450 Da wurden vom Fraunhofer IKTS entwickelt und erfolgreich in die technische Fertigung zur Firma Rauschert Klosterveilsdorf GmbH und ihrer Vertriebsgesellschaft inopor GmbH überführt. Eine erste Membrananlage wurde bereits 2002 mit Membranen ausgerüstet und hat Stabilität und Langlebigkeit der Membranen über 10 Jahre in der Abwasserbehandlung heißer farbiger Textilabwässer unter Beweis gestellt. Viele Versuche mit der Membran zeigten jedoch eine unzureichende Trenngrenze und motivierten die Membranentwickler zur Weiterentwicklung der Membran mit einer abgesenkten Trenngrenze von 200 Da. Neben der abgesenkten Trenngrenze wird an der Modifizierung der Benetzungseigenschaften gearbeitet, um die keramischen Nanofiltrationsmembranen auch in organischen Lösemitteln einsetzen zu können. Die Entwicklungsergebnisse sind sehr vielversprechend und lassen hoffen, dass die neue keramische Nanofiltrationsmembran in absehbarer Zeit auch kommerziell verfügbar sein wird. Dipl.-Ing. Andreas Stobbe, Fa. Andreas Junghans, Frankenberg Membrananlagen für die Flüssigfiltration unter extremen Bedingungen Seit Werkstoffe für sehr enge Membranen verfügbar sind, welche die Stofftrennung im organischen Lösemittel möglich machen, besteht eine Herausforderung für den Anlagenbauer darin, Anlagentechnik zu entwickeln, die schwierigen Einsatzbedingungen hinsichtlich Sicherheitstechnik, Beständigkeit und verfahrenstechnischer Besonderheiten gerecht wird. Die Schwierigkeit bei diesen Prozessen liegt in der Kombination von hohem Druck, brennbaren Stoffen und Anforderungen aus Pharmaregelwerken, die normalerweise nicht gemeinsam vorkommen. Der Fokus liegt dabei auf dem Explosionsschutz, der relativen Totraumarmut sowie der Eignung für hohe Innendrücke. Mittlerweile sind kommerzielle Anlagen realisiert worden, die auch im Dauerbetrieb ihre prozess- und sicherheitstechnische Eignung unter Beweis gestellt haben. Im Referat sollen die wichtigsten Herausforderungen werden und Lösungsansätze vorgestellt werden.

5 Dr. Ralf Kriegel; Fraunhofer IKTS Hermsdorf Hochtemperatur-Gastrennung mit keramischen Membranen Der Einsatz von Sauerstoff in Prozessen ist stets durch die Kosten für die Sauerstofferzeugung in Relation zu den Einspareffekten bestimmt. Die großtechnische Erzeugung von Sauerstoff durch kryogene Luftzerlegung (klza) oder Druckwechseladsorption (PSA-Pressure Swing Adsorption) benötigt elektrische Energie von minimal 0,36 kwh el. /Nm 3 O 2. Eine energieeffiziente Alternative zu den konventionellen Verfahren ist die O 2 -Separation bei hohen Temperaturen mit gemischt leitenden keramischen Membranen. Das Verfahren basiert auf der simultanen ionischen und elektronischen Leitfähigkeit komplexer Oxide, deren Kristallgitter hochbewegliche O-Vakanzen enthält. Bereits geringe Unterschiede der O 2 -Partialdrücke auf beiden Seiten einer keramischen Membran bewirken deshalb einen Durchsatz von hochreinem Sauerstoff. Geeignete Materialien wie BSCF (Ba 0,5 Sr 0,5 Co 0,8 Fe 0,2 O 3- ) weisen zwar noch unzureichende Stabilität gegenüber Phasenzerfall, CO 2 und SO 2 auf, können aber bereits für die Erzeugung von O 2 aus Luft genutzt werden. Dies wurde durch den Aufbau und den Betrieb eines Demonstrators nachgewiesen, der bei einer Gesamtlaufzeit von mehr als 2000 h ca. 170 Normliter reinen Sauerstoff pro Stunde lieferte. Die Membranen wurden außerdem in einem erdgasbeizten Rauchgaskanal erfolgreich zur O 2 - Erzeugung genutzt und zur Partialoxidation von Methan zu Synthesegas eingesetzt. Aktuelle Entwicklungen zur Maximierung des Sauerstoffdurchsatzes der Membranen und zur weiteren Minimierung des Energiebedarfs des Verfahrens werden vorgestellt. Dipl.-Ing. Elmar Sommer, Sommer Verfahrenstechnik, Saalfeld Effiziente Verbrennung unter Verwendung keramischer Membranen buerosommer@t-online.de Die aktuellen Diskussionen im Bereich der Energiewirtschaft lassen die Vermutung aufkommen, dass zukünftig alle industriellen Prozesse nur noch von Windkraft und Solarenergie getrieben werden. Diese Vorstellung spiegelt allerdings nicht die tatsächliche Situation in der Industrie wider. Für zahlreiche Prozesse sind Wärmebehandlungsverfahren unabdingbare Voraussetzung zur Erzielung der technologischen Eigenschaften. Auch zukünftig werden thermische Prozesse in einem großen Teil der Industrie genutzt werden. Um diese Vorgänge effektiv gestalten zu können ist es erforderlich, neue technologische Lösungen in diese Prozesse zu integrieren. Hier bietet sich die Nutzung von Sauerstoff an, um den Wirkungsgrad dieser Vorgänge selbst zu verbessern. Bei Betriebstemperaturen oberhalb 850 C kann der erforderliche Sauerstoff an keramischen Membranen oder in keramischen Regeneratoren im Prozess selbst erzeugt werden. Über die Anreicherung der Verbrennungsluft mit Sauerstoff ist es möglich, den erforderlichen Primärenergiebedarf um bis zu 10 % zu reduzieren. Die veränderte Gaszusammensetzung führt über einen besseren Strahlungswärmeaustausch dazu, dass mehr Energie auf das technologische Gut übertragen wird und damit auch die Abgasverluste sinken. Die Folge daraus ist über eine Verbesserung des Wirkungsgrades eine Senkung des Energieeinsatzes. Der Einsatz von Sauerstoffmembrantechnik kann in allen Verbrennungs- und Vergasungsprozessen zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades führen. Die derzeit genutzten Membransysteme können flexibel in bestehende Systeme integriert werden, wobei der Einsatz von Membranrohren ebenso möglich ist wie die Nutzung von keramischen Schüttungen in einem Regeneratorsystem.