Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Gegenstand des Projektes war der Aufbau einer Pilotanlage zur Aromaten\/Aliphaten-Trennung mittels Pervaporation (PV) und der Testbetrieb mit neu entwickelten Membranen. Ziel waren Aussagen zu den Leistungsparametern und zur Langzeitstabilit\u00e4t der Membran. Ein besonders umwelt- und gesundheitsrelevanter Aspekt ist der Benzolgehalt der Vergaserkraftstoffe. Die Aromaten\/Aliphaten-Trennung, um benzolarmes Benzin zu erhalten, ist aus diesem Grund ein derzeit intensiv bearbeitetes Gebiet.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAuf f\u00fcr die Ultrafiltration etablierten asymmetrischen Porenmembranen wurden d\u00fcnne, chemisch und morphologisch definierte, einstellbare und medienstabile Film- und Kompositstrukturen durch heterogene Pfropfcopolymerisation erzeugt. Aus den por\u00f6sen Ausgangsmembranen entstanden nach dem L\u00f6sungs-Diffusions-Mechanismus funktionierende Membranen, die es gestatten, aus organischen Fl\u00fcssigkeitsgemischen die aromatische Komponente mit hoher Effizienz (Selektivit\u00e4t und Stoffstromdichte) mittels Pervaporation (PV) abzutrennen. Im Vordergrund der Membranentwicklung stand die Erweiterung der Membranmodifizierung in nicht-w\u00e4ssrigen L\u00f6sungsmittelsystemen, um durch Pfropfung hydrophober Monomere die resultierenden Leistungsparameter der Membran im Vergleich zu den Vorarbeiten deutlich zu verbessern. Die Performance der entwickelten Membranen wurde in einer industriellen Pilotierung untersucht.
\nDas FuE-Vorhaben wurde mit der GKSS als Kooperationspartner durchgef\u00fchrt. Die GKSS war f\u00fcr die grundlegenden pr\u00e4parativen Arbeiten zur Membranherstellung im Laborma\u00dfstab verantwortlich. Bei PolyAn stand die Herstellung von PV-Membranen im Quadratmeter-Ma\u00dfstab, die Best\u00fcckung der Pilotanlage sowie die ger\u00e4tetechnische, wissenschaftliche und personelle Betreuung der Pilotanlage im Vordergrund. F\u00fcr die \u00dcberf\u00fchrung in den Produktionsma\u00dfstab war insbesondere eine Anpassung und Optimierung des Produktionsprozesses notwendig. Die Firmen Aral Aromatics und Sulzer Chemtech haben als externe Kooperationspartner das Projekt beim Aufbau der Pilotanlage sowie durch die Durchf\u00fchrung von analytischen Untersuchungen unterst\u00fctzt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Bei der Membranentwicklung erfolgte die Erweiterung der chemischen Oberfl\u00e4chenmodifizierung auf nicht-w\u00e4ssrige L\u00f6sungsmittelsysteme. Dadurch hat sich die Auswahl von verschiedenen Monomeren auf Methacrylat-, Acrylat- und Vinylat-Basis erheblich vergr\u00f6\u00dfert. Geeignete Initiatoren wurden synthetisiert und untersucht, wie die Beschichtung der zu modifizierenden Tr\u00e4germembran mit dem Photoinitiator optimal erfolgt. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Auswahl der Tr\u00e4germembran, bestehend aus Membran und St\u00fctzvlies, einen entscheidenden Einfluss auf die Modifizierung im nichtw\u00e4ssrigen System und somit auch auf die Membranperformance in der Pervaporation hat. Die Membranen, die mit hydrophoben Monomeren modifiziert wurden, zeigten in der Pervaporation im Vergleich zu hydrophil modifizierten Membranen generell h\u00f6here Fl\u00fcsse. Ursache ist eine st\u00e4rkere Quellung dieser Membranen im Feed. Mit der M\u00f6glichkeit der Pfropfung sowohl hydrophiler als auch hydrophober Monomere konnte eine breite Variation der Oberfl\u00e4chenhydrophilie eingestellt werden. Der Zusammenhang zwischen Hydrophilie und Selektivit\u00e4t wurde untersucht. Eine Korrelation konnte nicht festgestellt werden. Jedoch zeigten mit ungeladenen Monomeren modifizierte Membranen im Vergleich zu mit ionischen Monomeren modifizierte Membranen bessere Selektivit\u00e4ten.
\nNeben der Membranentwicklung war es wichtig, dass die Herstellung der Membranen durch Pfropfcopolymerisation eine reproduzierbare Membranperformance liefert. In den dazu durchgef\u00fchrten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass dies der Fall ist.
\nResultierend aus der Membranentwicklung wurden zwei Membrantypen f\u00fcr die industrielle Pilotierung bei Aral Aromatics ausgew\u00e4hlt. Im Laborversuch wurden beide Membrantypen ausf\u00fchrlich hinsichtlich ihrer Performance in der Pervaporation charakterisiert. Insbesondere Temperatureinfl\u00fcsse, die Performance nach betriebslosen Standzeiten und die Aromatenabreicherung im Retentat in Abh\u00e4ngigkeit vom Stage cut wurden untersucht. F\u00fcr die Pilotierung wurden die Membranen in einem Plattenmodul verarbeitet. Die Pilotanlage wurde bei Aral Aromatics im Bypass installiert, um den Benzolgehalt von 3 % in einem Nichtaromatenstrom auf 1 % abzureichern. Der Feedstrom betrug 15 – 20 l\/h. Die Temperatur des Feedstromes lag w\u00e4hrend des Testbetriebes im Bereich 80 – 100 \u00b0C. Das permeatseitige Vakuum lag bei 70 – 100 mbar. Beide Testphasen liefen \u00fcber mehrere Monate. Es konnte eine konstante Aromatenselektivit\u00e4t zwischen 4 und 6 w\u00e4hrend der Versuchsdauer erreicht werden. Insgesamt zeigten beide Membranen eine hervorragende Membranperformance insbesondere bez\u00fcglich der Langzeitstabilit\u00e4t.
\nDurch die erreichten Ergebnisse gelang es, eine international f\u00fchrende Technologieposition auf dem Gebiet der Materialtechnik zu erreichen bzw. diese auszubauen, was sich in gemeinsamen Projekten mit f\u00fchrenden Mineral\u00f6lkonzernen widerspiegelt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ergebnisse des Projektvorhabens wurden auf der Euromembrane 2004 (28.09.04 -01.10.04) in Hamburg pr\u00e4sentiert. In diesem Zusammenhang wurde von PolyAn und Aral Aromatics eine Pressemitteilung ver\u00f6ffentlicht. Verschiedene Fachzeitschriften und Internet-Newsletter haben daraufhin das Thema aufgegriffen. Weitere Pr\u00e4sentationen auf Fachtagungen sind f\u00fcr dieses Jahr geplant, z.B. Aachener Membrankolloquium (16.\/17.03.05).<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Eine industrielle Pilotanlage zur Aromaten\/Aliphaten-Trennung mittels Pervaporation wurde aufgebaut und ein erfolgreicher Testbetrieb bei betr\u00e4chtlichen Laufzeiten mit neu entwickelten Membranen realisiert. Die Membranen zeigten eine sehr gute Langzeitstabilit\u00e4t. Die entwickelten Membranen sind f\u00fcr eine Benzolabtrennung aus Aliphatengemischen geeignet. Durch Anwendung des dem Projekt zugrunde liegenden technischen Know hows k\u00f6nnen weitere umwelt- oder gesundheitsrelevante Probleme bearbeitet und durch den Einsatz der effizienten Membrantrenntechnik gel\u00f6st werden. Als zuk\u00fcnftig notwendige Ma\u00dfnahme ist das sogenannte up scaling, also die Herstellung von gro\u00dfen Membranmengen im 100 Quadratmeter-Ma\u00dfstab, anzusehen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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