Gaspermeation mittels Membranen

Dünne Membranen aus Celluloseacetat, Polysulfonen, Silikonen oder Polycarbonaten dienen der Abtrennung einiger Komponenten aus dem Biogas. Durch die unterschiedlichen Permeabilitäten der Gasbestandteile können CO2- und H2S-Moleküle die Membran schneller durchwandern als CH4-Moleküle. Im Falle einer Celluloseacetat-Membran beträgt die Permeabilität von CO2 rund das Zwanzigfache der Permeabilität von CH4. H2S weist eine ca. 60-mal so hohe Permeabilität auf. Um den Trennvorgang zu beschleunigen, wird mit einem Druck von 25 bis 40 bar gearbeitet. An der Hochdruckseite der Membran sammelt sich somit das Methan an, während die meisten CO2- und H2S-Moleküle (und auch geringe Mengen CH4) diese passieren. Da das methanreiche Gas an der Hochdruckseite abgezogen wird, muss es für die Einspeisung nicht mehr eigens verdichtet werden.

Abbildung 1: Spiralwickelmodul zur Gastrennung durch Gaspermeation

Das Bild zeigt ein Spiralwickelmodul: Dieses rohrförmige Modul besteht aus einem zentralen Rohr mit Bohrungen, konzentrisch um dieses Rohr sind die Membrane und der Feedkanal angebracht. Das Feedgas wird an einem Ende des Moduls in den Feedkanal eingebracht, das CO2 und teilweise auch Methan wandert radial durch die Membran in das zentrale Rohr, durch das dieses CO2-reiche Permeat abgeführt wird. Das dadurch mit Methan angereicherte Produktgas fließt axial weiter und wird am Ende des Moduls entnommen. [Lokhandwala 2000] Das Bild zeigt ein Spiralwickelmodul: Dieses rohrförmige Modul besteht aus einem zentralen Rohr mit Bohrungen, konzentrisch um dieses Rohr sind die Membrane und der Feedkanal angebracht. Das Feedgas wird an einem Ende des Moduls in den Feedkanal eingebracht, das CO2 und teilweise auch Methan wandert radial durch die Membran in das zentrale Rohr, durch das dieses CO2-reiche Permeat abgeführt wird. Das dadurch mit Methan angereicherte Produktgas fließt axial weiter und wird am Ende des Moduls entnommen. [Lokhandwala 2000]

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Das Bild zeigt ein Spiralwickelmodul: Dieses rohrförmige Modul besteht aus einem zentralen Rohr mit Bohrungen, konzentrisch um dieses Rohr sind die Membrane und der Feedkanal angebracht. Das Feedgas wird an einem Ende des Moduls in den Feedkanal eingebracht, das CO2 und teilweise auch Methan wandert radial durch die Membran in das zentrale Rohr, durch das dieses CO2-reiche Permeat abgeführt wird. Das dadurch mit Methan angereicherte Produktgas fließt axial weiter und wird am Ende des Moduls entnommen. [Lokhandwala 2000]

Um sich die Größenordnung einer derartigen Anlage vorstellen zu können, ist in der folgenden Abbildung ein Kompaktmodul dargestellt. Diese, für die Aufbereitung einer Gasturbine konzipierte Anlage verarbeitet in etwa 1180 m³/h, sie hat eine Abmessung von 2,5 m Breite, 1,8 m Länge und 1,8 m Höhe .

Abbildung 2: Gasaufbereitungsanlage durch Gaspermeation für eine Gasturbine

Foto einer Gaspermeationsanlage [Lokhandwala 2000] Foto einer Gaspermeationsanlage [Lokhandwala 2000]

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Foto einer Gaspermeationsanlage [Lokhandwala 2000]

Ein Nachteil dieses Trennverfahrens sind die Methanverluste aufgrund der durchtretenden CH4-Moleküle. Dem begegnet man durch Serienschaltung mehrerer Membranen und Rückführung der methanreicheren Teilströme.

Entwicklungsstand

Bei den bisher errichteten Anlagen kommt es bei der Aufbereitung zu einem sehr hohen Methanverlust. Dies macht diese Technologie im Vergleich zu den anderen Methoden weniger konkurrenzfähig. Eine Serienschaltung mehrerer Membranen hintereinander würde zwar die Ausbeute erhöhen, erhöht aber gleichzeitig wieder die Investitions- und Betriebskosten.

Neuere Forschungen zeigen, dass mittels einer zweistufigen Anordnung der Membrane die Verluste auf etwa 1,5 – 3 % reduziert werden können.