Polymermembran zur Entwässerung von Ethanol
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1 Polymermembran zur Entwässerung von Ethanol Expertengespräch Ethanol Landwirtschaftszentrum Haus Düsse, den PAGE 1 Meik Wusterhausen GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH Institut für Polymerforschung Max-Planck-Straße Geesthacht
2 Agenda DBU-Projekt Grundlagen und Stand der Technik Hybridprozess Membranentwicklung Membranmodul Verfahrensmodellierung Anlagenrealisierung
3 DBU-Projekt Hochtemperaturdampfpermeation für die Entwässerung von Bioethanol und anderen organischen Flüssigkeiten Vorhaben AZ
4 DBU-Projekt Effiziente Entwässerung organischer Lösungsmittel Effektive und stabile Membran Zuverlässige und reproduzierbare Membranherstellung Effizientes Moduldesign Skalierbares Moduldesign für kleine und mittlere Anlagengrößen Angepasste und ökonomisch sinnvolle Prozesssimulation Optimierte Prozessparameter Bio-Alkohole sind zukünftige Schlüssel-Energieträger
5 Grundlagen und Stand der Technik Azeotrop im Lösungsmittel-Wasser-Gemisch Ethanol Massenanteil dampff. 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 P = 1 bar 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Ethanol Massenanteil flüssig Stand der Technik : Azeotrop Rektifikation Extraktiv Rektifikation Druckwechsel-Rektifikation Pervaporation Druckwechsel-Adsorption
6 Grundlagen und Stand der Technik Druckwechsel-Adsorption Dampfpermeation
7 Hybridprozess Feeddampf 85 bis 95 wt-% EtOH Permeat 15 wt-% EtOH Kondensator Retentat 99,7 wt-% EtOH Kolonne Verdampfer Wasser Dampf direkt von Druckkolonne Dampfpermeation bei Membran- Maximaltemperatur Maximal-Permeatdruck für günstige Kühlmitteltemperatur Hybridprozess theoretisch effizienter als Stand der Technik
8 Membranentwicklung Hydrophile Kompositmembran 1. Trägervlies Polyphenylensulfid (PPS) 2. Trägerschicht Polyacrylnitril (PAN) 3. Trennschicht Polyvinylalkohol/Titanoxid (PVA/TiOx) 4. Schutzschicht Polydimethylsiloxan (PDMS)
9 Membranentwicklung
10 Membranentwicklung Trägerschicht Feed Wasser Massenanteil ab 20% lässt die Trägerschicht bei 120 C und 4 bar kollabieren
11 Membranentwicklung Schutzschicht Mehrfach aufgetragene Trennschicht führt zu höherer Stabilität, weniger Fehlstellen und verbesserter Trennschärfe Schutzschicht Trennschicht Trägerschicht
12 Membranentwicklung Silikonfilm Trennschicht Trägerschicht Silikonfilm schützt vor mechanischen Belastungen und gewährleistet Fehlstellenfreiheit
13 Membranentwicklung Dampfpermeation Laboranlage
14 Membranentwicklung Charakterisierung der Ausgangsmembran Permeat Massenstromdichte [kg/(m²h)] Feed Wasser Massenanteil [kg/kg] Unterschiedliche Membran-Geometrien Feeddruck 4 bar Feedtemperatur 120 C Permeatdruck 20 mbar
15 Membranentwicklung Charakterisierung der aktuellen Membran Membranstamp Feeddruck 4 bar Feedtemperatur 120 C Permeatdruck 20 mbar
16 Membranentwicklung Charakterisierung der aktuellen Membran Membranstamp Feeddruck 4 bar Feedtemperatur 120 C Permeatdruck 20 mbar
17 Membranmodul Taschenmembranmodul Feed Retentat Permeat Membran
18 Membranmodul Taschenmembranmodul GKSS Modul mit hoher Packungsdichte und kurzen Permeatwegen
19 Membranmodul Permeat-Spacer Drainagering Edelstahl platte Spacer Optimierte Konfektionierung Vlies Schweiß -naht Membran
20 Membranmodul Feed-Spacer Polyamid Feed-Spacer hydrolysiert
21 Membranmodul Dampfpermeation Pilotanlage
22 Membranmodul Versuchsergebnisse mit Pilotanlage Membrantasche Feeddruck 4 bar Feedtemperatur 120 C Permeatdruck 50 mbar Einbußen nicht erklärbar mit Modul-Wirkungsgrad
23 Membranmodul Optimierung des Membrantaschenmoduls Erweiterter Durchmesser der Permeatdrainage
24 Membranmodul Optimierung des Membrantaschenmoduls
25 Membranmodul Experimente mit optimierter Permeatdrainage Membrantasche Feeddruck 4 bar Feedtemperatur 120 C Permeatdruck 40 mbar
26 Verfahrensmodellierung Angepasste und ökonomisch sinnvolle Alternative Excel Calc
27 Verfahrensmodellierung Simulation mit Membranparametern der Pilotanlage Ethanol 99,7 wt-% Wasser 85 wt-% 20 mbar
28 Anlagenrealisierung Herstellung der Membran und des Membranmoduls - GMT Membrantechnik GmbH Einsatz des Membranmoduls in projektierten Anlagen - Kühni AG - Iludest GmbH - Dalian Puricle Products Co. Ltd. Dalian Puricle Products Co., Ltd. - Sterling SIHI GmbH Interesse aus industrieller und akademischer Forschung
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