Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Entwicklung und Optimierung eines neuen Verfahrens zur Aufarbeitung von Biogas auf Erdgasqualität mittels Membranverfahren; Teilvorhaben 2

Anschrift
Institut für Nichtklassische Chemie e.V.
04318 Leipzig
Permoserstr. 15
Kontakt
Dr. Jörg Hofmann
Tel: +49 341-235-2815
E-Mail: hofmann@inc.uni-leipzig.de
FKZ
22401712
Anfang
01.04.2012
Ende
31.03.2014
Aufgabenbeschreibung
Das Ziel des Gesamtvorhabens ist die Entwicklung, die Konstruktion und der Bau einer Pilotanlage zur Herstellung von Biomethan durch Membrantrennung. Im Teilvorhaben des INC werden die Membransysteme im Prüfstand getestet, gezielt gealtert und die Auswirkung von Schadkomponenten untersucht. Dazu ist eine detaillierte Analysentechnik für die Gase und die ggf. geschädigten Membranen zu entwickeln. Zusätzlich wird das Institut die Partner bei der Installation, Kalibrierung und Validierung der on-line-Analysentechnik unterstützen. MT Biomethan und das INC haben durch den Betrieb bzw. die analytische Überwachung der Aminwäschen umfangreiche Praxiserfahrungen bezüglich im Normalbetrieb auftretender Schwankungen in der Biogaszusammensetzung gesammelt. Um die Wirkung auf die Membrantrennung zu prüfen, sollen die Effekte der Schadkomponenten (H2S, Kohlenwasserstoffe, Silikone, NH3, Staub etc.) im Biogas auf die Membranen untersucht werden.Dafür wird am INC ein Prüfstand aufgebaut, in dem die Membranen gezielt gestresst bzw. gealtert werden. Modellbiogas wird in diesem Prüfstand unter verfahrenstypischen Bedingungen getrennt und die Produktströme gaschromatographisch analysiert. Es wird die Trennleistung vor und nach der Stressung untersucht. Die gealterten Membranen werden spektroskopisch auf mechanische Veränderungen (REM) und Ablagerungen (chemische Analyse der Komponenten mittels Ionenchromatographie und Gaschromatographie/Massenspektrometrie ggf. nach Derivatisierung) untersucht.
Ergebnisdarstellung
Es wurde ein Prüfstand zur Charakterisierung von Membranmodulen unterschiedlicher Geometrie und Dimensionierung geplant, konstruiert und aufgebaut. Nach erfolgreicher Testphase zur Validierung des Prüfstandes wurden Membranmodule der EVONIK Fibres GmbH auf ihre Permeationseigenschaften der Gase CO2, CH4, N2, O2 und H2 untersucht. Untersuchungen zum Einfluss einer unterschiedlich langen Lagerung der Membranmodule beim Transport bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes wurden simuliert. Die Permeabilitäten bezüglich der Gase CO2, O2 und N2 wurden durch die „Kaltlagerung" nicht beeinflusst, für CH4 sanken die bestimmten Permeabilitäten leicht ab, was zu einer steigenden Selektivität bezüglich CO2 führte. Ein negativer Einfluss der Lagerung unterhalb des Gefrierpunktes auf die Permeabilitätseigenschaften des Membranmoduls konnte nicht festgestellt werden. Im Gegensatz dazu ist bei gleichzeitigem Betrieb der Membranmodule bei Temperaturen unter 5 °C mit teilweise irreversiblen Schädigungen der Hohlfaser-membranen zu rechnen. Die so geschädigten Hohlfasern können jedoch detektiert und teilweise repariert werden. Im kontinuierlichen Betrieb der Membranmodule am Prüfstand wurde die Langzeitstabilität in H2S-Atmosphäre untersucht. Während der durchgeführten Zyklen wurde eine begleitende Analytik für die Bestimmung der Gasphasenzusammen-setzung im Feed, im Permeat und im Retentat realisiert. Es konnten bei einer Gaszusammensetzung von 50 % CO2 und 50 % N2 sowie von max. 1200 ppm H2S keine Auswirkungen auf die Trennkapazität und die idealen Selektivitäten des verwendeten Membranmoduls festgestellt werden.

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