View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

3 Neue Lösungsansätze zur dezentralen Entschwefelung von Mitteldestillaten
Permeabilität
der Komponente k
n k
pi,
i oder ci
(3-8)
effektive Membrandicke
Permeat Permeat
ci
/ c j
ij
(3-9)
Feed Feed
ci
/ c j
Die genaue Modellierung des transmembranen Flusses sowie der Selektivität müssen je
nach Membranverfahren und Stoffsystem individuell und empirisch erfolgen. Die Gleichung
des transmembranen Flusses (Gl. 3.8) macht deutlich, dass die Triebkraft der Strofftrennung
je nach Membrantyp aus der Differenz des Druckes p , des osmotischen Druckes
oder der Konzentration c resultiert. Die Trennleistung der Membran beschreibt die Selektivität
ij mit den Konzentrationsverhältnissen der Komponenten i und j eines binären Gemisches
auf der Permeatseite gegenüber denen auf der Feedseite [120].
Um die unterschiedlichen Membrantrennverfahren zu kategorisieren, kann zunächst zwischen
porösen und nichtporösen Membranen unterschieden werden.
3.7.1.1 Prozesse mit porösen Membranen
Bezüglich des Stofftransports werden poröse Membranen mit dem Porenmodell beschrieben.
In Anlehnung an die Partikelfiltration wird dabei die Selektivität allein durch die Porengröße
der Membran und die Partikel- oder Molekülgröße des zu trennenden Gemischs bestimmt.
Die Triebkraft dieser Prozesse ist die Druckdifferenz zwischen der Feed- und der
Permeatseite [121, S. 2].
Zu den Verfahren, die durch das Porenmodell beschrieben werden, gehören die Mikro- und
die Ultrafiltration. Die Verfahren unterscheiden sich durch die Porengröße. Während Membranen
zur Mikrofiltration durch ihre tatsächliche Porengröße charakterisiert werden, wird bei
Membranen zur Ultrafiltration die Molmasse der kleinsten noch zurückgehaltenen Komponenten
angegeben.
Die Abtrennung von Schwefelverbindungen aus flüssigen Kraftstoffen ist mit porösen Membranen
nicht möglich. Sowohl die molaren Massen der Schwefelverbindungen als auch die
der Kohlenwasserstoffe sind in flüssigen Kraftstoffen über einen weiten Bereich verteilt und
unterscheiden sich nicht signifikant voneinander.
3.7.1.2 Prozesse mit nichtporösen Membranen
Die übrigen Membranverfahren werden mit dem Lösungs-Diffusionsmodell beschrieben. Das
Modell beschreibt die Lösung und die Diffusion der Permeanden in einer nicht porösen, selektiven
Schicht. Die trennaktive Schicht mit einer Dicke zwischen 0,3 μm und 2,5 μm wird
als reale Flüssigkeit beschrieben, in der sich die permeierenden Komponenten lösen und
entsprechend dem Gradienten der treibenden Kraft durch die Membran transportiert werden
[121, S. 78]. Die aktive Schicht ist zur Gewährleistung einer ausreichenden mechanischen
Festigkeit auf einer porösen Stützschicht aufgebracht, die nicht zur Selektivität beiträgt. Die
Schicht hat eine Dicke von etwa 50 – 250 μm.
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