TherMemPlus - Energieeffiziente CO 2 - Abtrennung auf erhöhtem Temperaturniveau in der Amin-Wäsche

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1 TherMemPlus - Energieeffiziente CO 2 - Abtrennung auf erhöhtem Temperaturniveau in der Amin-Wäsche Dr. Ralf Boback PTJ Programmtreffen CO 2 Plus Berlin Innovations- und Bildungszentrum Hohen Luckow e.v., Bützower Str. 1a, Hohen Luckow

2 Inhalt 1. Überblick und Projektpartner 2. Aminwäschen in der Biogasaufbereitung 3. Vom Kondensator zur Wasserabtrennmembran 4. Kapillarkondensationsmembranen zur H 2 O - Abtrennung 5. Erreichter Status zur Hälfte der Projektlaufzeit 6. Implementierungsansätze und Ausblick 7. Danksagung

3 1. Überblick und Projektpartner Langtitel: Projektlaufzeit: Verbundpartner: TherMemPlus: Energieeffiziente CO 2 - Abtrennung aus CO 2 - H 2 O Systemen auf einem erhöhten Temperaturniveau am Beispiel der Amin - Wäsche, Entwicklung einer CO 2 - Wasserdampfmembran > Halbzeit erreicht HS Apparatetechnik GmbH, Lutherstadt Wittenberg (HS) Innovations- und Bildungszentrum Hohen Luckow e.v. (IBZ) Institut für Energie- und Umwelttechnik e.v. (IUTA), Duisburg Leibniz-Institut für Katalyse e.v. (LIKAT), Rostock

4 2. Aminwäschen in der Biogasaufbereitung Vorzüge -minimale CH 4 -Verluste (unter 0,1% möglich) - Verfahren der Wahl für höchste Abreicherungsgüten (bis ca. 100ppm CO 2 möglich) CO 2 wird OHNE größere Verunreinigungen, Reinheit > 99,5% (wasserdampfgesättigt) -> günstig für stoffliche Verwertung - bewährtes, sicheres Verfahren, ca. 1/3 Marktanteil in der Biogasaufbereitung - kostengünstige industrielle Skalierbarkeit (bes. Erdgasaufbereitung, Petrochemie, Rauchgaswäschen) Besonders zweckmäßige Einsatzprofile - ideal bei relativ geringerem Sauergasgehalt um 20% und darunter - verfügbarer Prozessabwärme um C (Biogas: z.b. BHKW-Abwärme) - relativ niedriger Betriebsdruck (absolut bis ca bar) Nachteile - Wärmebedarf > Referenz technisches System mit MEA (Monoethanolamin) um 0,9kWh th. /kg CO 2, mit moderneren Waschmitteln um 0,4 0,6kWh th /kg CO 2 - fehlende Trocknung, Lebensdauer auf 4-5 Jahre begrenzt - technischer Minimalaufwand erst für größere Biogasanlagen ab Nm³/h Rohbiogas akzeptabel

5 3. Vom Kondensator zur Wasserabtrennmembran Technologische Fragestellung des Projektes Lean Funktionsschema und Wärmeverlustquellen Amin - BGAA Dampfstrom H 2 O Wärmbedarf technische Systeme zzgl % des chem. Wärmebedarfs

6 3.1. Energetische Verhältnisse der IUTA - Aminanlage Desorbtion IUTA - Technikumsanlage Innovations- und Bildungszentrum Hohen Luckow e.v.

7 3.2. Vom Kondensator zur Innovation Dampfstrom H 2 O Probleme: 1. Kondensator kann nur Wärme bei Kondensationstemperatur auskoppeln, darunter nicht nutzbar! 2. Zielkonflikt maximale Wasserrückgewinnung vs. minimaler Wärmeverlust im Gesamtsystem Klassische Kondensatorlösung zur Wasserrückgewinnung!!! Dampfüberschuss!!! H 2 O:CO 2 ca. 1,3 3,0 :1

8 4. Kapillarkondensationsmembranen zur H 2 O - Abtrennung Knudsen-Diffusion selektive Oberflächendiffusion Kapillarkondensation Molsiebeffekt Transportmechanismen in mikroporösen Membranen, in Abhängigkeit der Porengröße. Quelle: LIKAT H 2 O + CO 2 Wärme Feed Sweep H 2 O + Wärme Permeat Retentat CO 2 : CO 2 : H 2 O

9 4.1. Anorganische Kapillarkondensationsmembranen LIKAT -> 2 stufige MFI Membransynthese a) Synthese der Seedschicht b) Synthese der Membran REM - Aufnahme einer MFI- Membran (1) (I) MFI Trennschicht (II) MFI Seedschicht (III) Korundträger (1) S. Wohlrab et al. Journal of Membrane Science, 369 (2011) Kanal und 1-Kanal Membrankörper Porengröße 0,85 1,3 nm, ca. 30 Moleküldurchmesser H 2 O Messaufbau LIKAT

10 5. Erreichter Status zur Hälfte der Projektlaufzeit Überblick zum Arbeitsprogramm Item Entwicklung der Anforderungsspezifikation für: Off-Gas, Membran, Membrancontroller, Demonstrator Membranentwicklung Modulentwicklung Technikumstest Test an einer Amin - BGAA Ökobilanz nach DIN EN ISO Partner alle LIKAT IUTA IUTA HS IBZ Ergebnis ab Q1/ / / Status abgeschlossen, ok fortgeschritten fortgeschritten in Bearbeitung geplant ab Q3/18 laufend

11 Innovations- und Bildungszentrum Hohen Luckow e.v Erreichter Status zur Hälfte der Projektlaufzeit Membrangehäuse und Technikums-Versuchsaufbau

12 6. Zeithorizont und Ausblick Zeithorizont: FuE-Phase Juni 2018 Erstvorstellung ACHEMA Skalierung und Markteinführung ab 2020 Nachrüstung von Amin-BGAA ab 2022 Ausdehnung der Einsatzfelder Ausblick - weitere Charakterisierung der Membraneigenschaften - Aufbau/IBN Technikums- Teststand - Ringversuch Labor-Technikum zur Membranbewertung - Qualifizierung Membranen für eine Teilstromerprobung - thermodynamische Systemmodellierung für künftige Designs - molekulare Modellierung der Interaktion Gase - Kapillarmaterial Erwartete künftige Einsatzgebiete - Trocknung von CO 2 Gasströmen auf erhöhtem Temperaturniveau - Integration in stoffliche CO 2 - Nutzungen - Wärmeverlustreduktion in industriellen Dampfkreisläufen - industrielle Abwärmerückgewinnung und CO 2 - Emissionsreduktion

13 Vielen Dank! Kontakt Dr. Ralf Boback Innovations- und Bildungszentrum Hohen Luckow e.v., Bützower Str. 1a, Hohen Luckow