CO 2 -Abscheidung das
CO 2 -Abscheidung das Verhältnis der Permeanzen von zwei Komponenten berechnet. Für die PolyActive-Membranen von Hereon wurden CO 2 -Permeanzen von bis zu 6 m 3 /(h m 2 bar) bei Normbedingungen mit CO 2 /N2-Selektivitäten von 50 bei 25°C gemessen. Die Leis tung der Membran ist vergleichbar mit der Leis tung anderer Membranen für diese Anwendung [1, 2]. Um die erforderliche Membranfläche in einen Prozess einzubauen, muss sie in einem Apparat, dem Membranmodul, installiert werden. Das Modul trennt den Zulaufstrom bzw. Feedstrom in ein Hochdruckprodukt, das Retentat und ein Niederdruckprodukt, das Permeat. Die hier behandelten Membranen sind Flachmembranen, die in Taschenmodul eingebaut wurden. Dabei werden zwei Zu schnitte Membran material am äußeren Umfang zusammengeschweißt, wobei die Trennschichten nach außen zeigen. Auf der Innenseite dieser Tasche wird Abstandsmaterial, auch Spacer genannt, eingebracht, um die Strömung des Gases, das die Membran passiert, zum Auslass zu ermöglichen. Diese Auslässe sind in die Membrantasche gestanzte Löcher. Die Membrantaschen werden auf einem oder mehreren perforierten Rohren gestapelt, wobei die einzelnen Taschen durch zulaufseitige Abstandshalter (Spacer) und Dichtungen getrennt sind. Es sind sowohl rechteckige als auch runde Geometrien möglich [3, 4], wie in Abbildung 2 dargestellt. 3. Prozesse Ein Membranprozess besteht aus einem oder mehreren Membranmodulen. Die Module können dabei in einer oder mehreren Stufen angeordnet werden, um Rückführungen zu realisieren, die die Trennleistung des Prozesses verbessern. Die Grundelemente eines einstufigen Membranverfahrens sind in Abbildung 3 dargestellt. Die erforderliche Triebkraft kann durch Kompressoren und Vakuum pumpen erzeugt werden. Die Trennleistung von Membranmaterialien ist temperaturabhängig, daher werden Kühler und Heizer eingesetzt. Diese können auch kombiniert werden, um im Feed enthaltenen Wasserdampf teilweise zu entfernen und so eine Kondensation auf der Membranoberfläche zu verhindern. Eine solche Kondensation könnte zu einer Beschädigung der Membran führen, insbesondere in Verbindung mit SO 2 oder NO X . Um zu verhindern, dass Partikel oder Aerosole in das Membran modul oder andere Geräte gelangen, werden Filter eingesetzt. Die Anordnung der Vorbehandlungsstufen kann von der in Abbildung 3 gezeigten abweichen und auch zusätzliche Elemente enthalten, um einen kontinuierlichen, störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Ein Verfahren, wie in Abbildung 3 dargestellt, wurde im Rahmen des vom BMWK geförderten Projektes METPORE II (03ET2016) zur Abtrennung von CO 2 aus dem Rauchgas eines Steinkohlekraftwerkes betrieben. Hierfür wurde eine Pilotanlage in einem 20-Fuß- Container aufgebaut. Die Anlage enthielt ein Taschenmembranmodul (Abbildung 2 a) mit einer Membranfläche von 12,5 m 2 Membranfläche. Die maximale Durchflussmenge betrug 70 m 3 /h bei Normbedingungen und einem durchschnittlichen CO 2 - Gehalt von 13,5 Mol-%. Bei einem Permeatdruck von 100 mbar und einer Zulauftemperatur von 34 °C lagen die CO 2 -Gehalte im Permeat bei über 70 mol-% bei einer CO 2 -Rückgewinnungsrate von 30 %. Höhere CO 2 -Reinheiten wurden im BMWK-Nachfolgeprojekt MemKoR (03ET7064) erreicht, in dem die Pilotanlage für einen zweistufigen Betrieb modifiziert wurde. Das Permeat der ersten Membranstufe wurde über einen Verdichter einem zweiten Membranmodul zugeführt, das mit 5 bar Feeddruck und Umgebungsdruck im Permeat betrieben wurde. Das Permeat dieser Stufe bildete das CO 2 reiche Produkt, während das Retentat der Stufe gedrosselt und in den Feed der ersten Stufe zurückgeführt wurde. Es konnten Permeat reinheiten von bis zu 95 Mol-% erreicht werden. In einem weiteren BMWK geförderten Projekt (MemKoWI, 03EE5115) wird jetzt der Einsatz der Membrantechnologie zur CO 2 - und H 2 -Abtrennung durch Membranverfahren in der regenerativen Energieversorgung, der Zementherstellung und bei der Aufbereitung von Prozessgasen der Stahlindustrie erprobt. Abb. 3: Grundelemente eines Membranverfahrens zur Gasseparation 40 GREEN EFFICIENT TECHNOLOGIES 2024
CO 2 -Abscheidung Die Abtrennung von CO 2 aus dem Rauchgas der Zementherstellung wurde ebenfalls von Holcim, Cool Planet Technologies (CPT) und Hereon untersucht. Zu diesem Zweck wurde die vorgestellte Container-Pilotanlage an die Rauchgasleitung des Holcim Zementwerks in Höver angeschlossen und ein kleiner Bypass-Rauchgasstrom zwischen 69 und 100 kg/h zugeführt. Der CO 2 -Gehalt betrug 13,5 bis 18,9 Mol-% (feucht). Ebenfalls untersucht wurde das An- und Abfahren mit geringen CO 2 -Gehalten von 2,9 Mol-%. Die Temperaturen des Einsatzgases wurden zwischen 26 und 46 °C variiert, während der Saugdruck der Vakuum pumpe zwischen 65 und 200 mbar lag. Feedseitig wurde ein Gebläse im Saugbetrieb verwendet, um die Durchströmung des Moduls mit Rauchgas zu gewährleisten. Untersucht wurde der einstufige Betrieb. Das verwendete Membranmodul ist der Prototyp eines Rechtecktaschenmoduls, wie in Abbildung 2b dargestellt. Insgesamt wurden 9,8 m 2 PolyActive-Membran installiert. Das in die Pilotanlage installierte Membranmodul ist in Abbildung 4 gezeigt. Die Anlage wurde für einen Zeitraum von 1244 h betrieben. Dies beinhaltet Stillstandzeiten sowie Zeiten, in denen die Anlage mit Luft betrieben wurde. So konnte auch das An- und Abfahrverhalten untersucht werden. Diese transienten Zustände belasten die Membran in der Regel mehr als ein stationärer Betrieb. Abbildung 5 zeigt die zeitlichen Verläufe von Feedtemperatur und Permeatdruck (a) sowie Feedmassenstrom und CO 2 -Gehalt im Feed (b). Abbildung 6 zeigt die Versuchsergebnisse. Es ist deutlich zu erkennen, dass eine gleichbleibende Trennleistung hinsichtlich des CO 2 - Gehalts im Permeat (a) und Permeatmassenstrom (b) gewährleistet werden konnte. Die Fluktuationen ergeben sich aus den variierten Betriebsbedingungen (Abbildung 5) sowie den häufigen An- und Abfahrereignissen. Die Anlagenauslegung war nicht so, dass eine hohe CO 2 -Ausbeute erzielt werden sollte. Sie lag in dieser Versuchsreihe bei 20 bis 30 %. Der CO 2 -Gehalt im Permeat variierte, abhängig vom CO 2 -Gehalt im Feed, der Temperatur, dem Permeatdruck sowie dem Feedmassenstrom, zwischen 60 und 70 Mol-%. Ein Strom mit dieser Zusammensetzung eignet sich gut für die Aufkonzentration in einer weiteren Membranstufe, um CO 2 -Gehalte von > 95 Mol-% zu erreichen. In Abbildung 6 sind ebenfalls die von einem Simulationsmodell [3] berechneten Vorhersagen für den CO 2 -Gehalt im Permeat und den Permeatmassenstrom gezeigt. Die Übereinstimmung zwischen experimentellen und simulierten Werten ist ausgezeichnet, was ein Indiz für einen stabilen Betrieb ohne Degradation des Membranmaterials ist. Weiterhin wurde das Wir schließen Kreisläufe und schützen Ressourcen. Mit unseren Lösungen schaffen wir Mehrwert in Produktschutz und Nachhaltigkeit Unsere Verpackungslösungen bieten eine maximale Performance bei minimalem Ressourcenverbrauch. Mit unseren recyclingfähigen Materialien und unserem wegweisenden Engagement im Bereich des chemischen Recyclings tragen wir maßgeblich dazu bei, Kreisläufe zu schließen. Es ist unser Anspruch, auch für Ihr Produkt die optimale Folienlösung zu finden – und damit zur Erfüllung Ihrer Nachhaltigkeitsziele beizutragen. Hier finden Sie weitere Informationen über unsere Verpackungslösungen
