NaA-ZEOLITHMEMBRANEN FÜR DIE DAMPFPERMEATION

Einsatzgebiete

Viele Lösemittel bilden mit Wasser azeotrope

Gemische, so z. B. Ethanol bei einer Konzen-

tration von 95,6 Ma.% Ethanol. Eine nahezu

vollständige Entwässerung des Ethanols ist

nötig wenn er als Kraftstoffbeimischung

verwendet werden soll. Konventionelle Ent-

wässerungstechnologien, wie Schleppmittel-

rektifikation oder Adsorption, sind

energetisch aufwändig und bedingen hohe

Investitionskosten. Alternativ können

wasserselektive NaA-Zeolithmembranen Ver-

wendung finden. Mit diesen kann das

azeotrope Gemisch kontinuierlich und ener-

getisch effizient durch Pervaporation oder

Dampfpermeation entwässert werden.

Dabei wird durch die hydrophilen, 0,4 nm

großen Membranporen, nahezu reines

Wasser aus wasserhaltigem Ethanol abge-

trennt (siehe Diagramm). So gelingt es z.B.

Bioethanol auf Wassergehalte < 0,2 Ma%

zu trocknen, um ihn als Kraftstoff einsetzen

zu können. Das Verfahren findet bereits An-

wendung in mehreren Pilotanlagen.

Effekte

- Starke Reduktion des Energiebedarfs

- Kein Verlust von Lösemittel

- Entlastung der Rektifikation (Reduktion

von Kolonnenhöhe bzw. Erhöhung der

Kapazität)

Leistungsangebot

- Lieferung von Membranmustern

- Kundenspezifische Entwässerungsver-

suche in unserem Labor

- Entwicklung und Bau von labortech-

nischen Versuchsanlagen für die Pervapo-

ration und Dampfpermeation

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R K E R A M I S C H E T E C H N O L O G I E N U N D S Y S T E M E I K T S

1 Modell des NaA-Zeolith-

kristalls.

2 NaA-Zeolithmembranen.

3 Bruch einer Membran (REM).

4 Stirnseite eines geöffneten

Membranmoduls.

5 Entwässerungsanlage für

einen täglichen Durchsatz von

80.000 l Ethanol.

Fraunhofer-Institut für Keramische

Technologien und Systeme IKTS

Institutsteil Hermsdorf

Michael-Faraday-Straße 1

07629 Hermsdorf

Ansprechpartner

Dr. Hannes Richter

Telefon 036601 9301-1866

hannes.richter@ikts.fraunhofer.de

www.ikts.fraunhofer.de

1 3

Entwässerung von Ethanol durch Dampf-permeation bei 125 °C

Perm

eatfl

uss

[kg/

m²h

)] 20

16

12

8

4

0

Was

ser

im P

erm

eat

[Ma.

%]100

80

60

40

20

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Wasser im Feed [Ma.%]0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Permeatfluss Wasser im Permeat

2

F R A U N H O F E R I N S T I T U T E F O R C E R A M I C T E C H N O L O G I E S A N D S Y S T E M S I K T S

Fraunhofer Institute for Ceramic

Technologies and Systems IKTS

Hermsdorf branch of the Institute

Michael-Faraday-Strasse 1

07629 Hermsdorf, Germany

Contact

Dr Hannes Richter

Phone +49 36601 9301-1866

hannes.richter@ikts.fraunhofer.de

www.ikts.fraunhofer.de

NaA ZEOLITE MEMBRANESFOR VAPOUR PERMEATION

54

Field of application

Many solvents form azeotropic mixtures

with water, for example ethanol at a con-

centration of 95.6 wt.%. When ethanol

should be used as an additive to fuels a

nearly complete dewatering of ethanol is

necessary. Conventional dewatering tech-

niques, as azeotropic distillation or pressure

swing adsorption, are energetically con-

sumptive and cause high investments costs.

As an alternative to the conventional tech-

niques water selective zeolite membranes

can be used. The membrane process en-

ables the continuous and energetically effi-

cient dewatering by pervaporation or

vapour permeation. Almost pure water per-

meates the hydrophilic membranes with

pore diameters of only 0.4 nm (see figure).

The ethanol can be dewatered down to less

than 0.2 wt.% of water to be used as an

additive to fuels. These membranes and the

membranes process is already realised in a

couple of pilot plants.

Effects

- Strong reduction of energy use

- No loss of solvents

- Relief of rectification (reduction of

column heigh and increase of column

capacity respectively)

Service offer

- Supply of membrane samples

- Customized dewatering tests in our lab

- Development and prototype construction

of lab scale membrane plants for perva-

poration and vapour permeation

1 NaA zeolite crystal schemati-

cally.

2 NaA zeolite membranes.

3 Cross-section of the mem-

brane (SEM).

4 Front end of an opened

membrane module.

5 Dewatering plant with a

capacity of 80,000 l/d ethanol.

Dewatering of ethanol by vapour permeation at 125 °C

Perm

eate

flux

[kg/

(m²h

)] 20

16

12

8

4

0 Wat

er in

per

mea

te [w

t.%

]100

80

60

40

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0

Water in feed [wt.%] 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Permeate flux Water in permeate