Langzeitbetrieb von Sauerstoff-Membrananlagen

Bei der dezentralen Bereitstellung von Sauerstoff ist die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Gerätetechnik von entscheidender Bedeutung für den industriellen Einsatz. Für MIEC-Membranen (Mixed Ionic Electronic Conductor), insbesondere für das Hochfluss-Material BSCF (Ba_0,5Sr_0,5Co_0,8Fe_0,2O_3-δ), wird immer wieder ein erheblicher Abfall der O₂-Permeation mit der Zeit prognostiziert. Als potentielle Ursachen werden der langsame Phasenzerfall im mittleren Temperaturbereich, die Vergiftung oder Blockierung der Membranoberfläche durch Kontamination mit CO₂ und SO₂ aus der Atmosphäre oder die Reaktion des Membranmaterials mit Chromoxid aus den eingesetzten Hochtemperaturstählen diskutiert.

Das unten stehende Diagramm zeigt die Veränderung des O₂-Durchsatzes und der Triebkraft, also des logarithmischen O₂-Partialdruckverhältnisses für den Langzeitbetrieb eines O₂-Generators. Er war mit 31 BSCF-Membranrohren bestückt und wurde im Vakuumverfahren betrieben. Vor dem im Diagramm gezeigten Testbetrieb war das Gerät bereits 2600 h gelaufen, so dass insgesamt eine Betriebsdauer von ca. 9500 h resultiert. Während der ersten 40 Tage des gezeigten Testbetriebs wurden Vakuumdruck und Luftdurchsatz mehrfach variiert, anschließend wurde das Gerät unter konstanten Bedingungen betrieben. Während dieser Testphase kam es durch Stromausfälle mehrfach zur ungeplanten Abschaltung und zu Datenverlusten.

Nach dem Langzeitversuch wurden mittels REM/EDX sowohl Schwefel als auch Cr auf der Membranoberfläche detektiert, ebenso Fremdphasen. Trotzdem sank der O₂-Durchsatz während der über ca. 250 Tage konstanten Betriebsbedingungen nur geringfügig um ca. 6 % ab. Willkürliche Veränderungen der Betriebsbedingungen verkraftet das Gerät genauso problemlos wie Ausfälle der Stromversorgung und das erneute Wiederanfahren.

 

 

Leistungsangebot

 

• Auslegungsberechnung von MIEC-Anlagen
• Beratung zur System-Integration
• Konzeption und Aufbau von O₂-Pilotanlagen