Entwicklung einer hybridpolymerbasierten Membran zur Aufreinigung von Methanströmen durch die Abtrennung von Stickstoff

AUFGABENSTELLUNG

Die Trennung von Gas­ge­mischen nimmt in der Industrie einen wichtigen Stellen­wert ein. Ein etab­liertes Trenn­ver­fahren stellt die Gas­trennung mittels Polymer­membranen dar. Das Verfahren weist mehrere Vorteile bezüg­lich der Installa­tion und des Betriebes auf. Dazu zählen u. a. geringe Energie­kosten, eine schnelle Installa­tion sowie eine einfache Skalier­bar­keit. Während für einige Gaspaare, wie CH₄/CO₂ und CH₄/H₂O, bereits Polymer­membranen mit einer sehr guten Trenn­leistung erhält­lich sind, stellt die effi­ziente Trennung von Methan und Stick­stoff mittels Membranen eine große Heraus­forderung dar. Aufgrund der geringen CH₄/N₂-Selektivität kommer­zieller Polymer­membranen erfordert die Methan-Stickstoff-Trennung bisher einen mehr­stufigen Prozess.

PROJEKTZIEL | ARBEITSHYPOTHESE

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Hybrid­polymer­membran mit einer hohen Methan-Stickstoff-Trenn­leistung, welche sich durch hohe CH₄/N₂-Selektivitäts- und CH₄‑Permeabilitäts­werte aus­zeichnet. Dies soll über die Kombi­nation eines Styrol-Butadien-Styrol-Triblockcopolymers (SBS) mit Silikon erreicht werden. Während SBS-Membranen ausge­zeich­nete CH₄/N₂-Selektivitäts­werte erreichen können, sind diese bezüg­lich ihrer CH₄-Permeabilität limi­tiert. Durch die Vernetzung von SBS mit Silikon, welches eine außer­ordent­lich hohe CH₄-Permeabilität aufweist, sollen die vorteil­haften Eigen­schaften von SBS und Silikon kombi­niert werden.

NUTZEN | AUSBLICK

Die erfolgreiche Entwicklung einer Polymer­membran mit einer hohen CH₄/N₂-Trenn­leistung ermöglicht eine kosten­günstige Reinigung von stick­stoff­reichen Erdgas­strömen. Die Redu­zierung des Stick­stoff­gehaltes bewirkt dabei eine Erhöhung des Heiz­wertes. Während bisher vorrangig die kryogene Destillation für die Stick­stoff­abtrennung aus Erdgas­strömen einge­setzt wird, bietet der Membran­prozess besonders bei kleineren Anlagen einen großen wirt­schaft­lichen Vorteil. Ein weiteres Anwendungs­gebiet stellt die Auf­be­reitung von Deponie­gas auf Erdgas­qualität dar.