Hochtemperaturmembranen und -speicher

Gruppe

Energiebedarf von Sauerstoff-Membrananlagen

Thema

Großtechnisch wird Sauerstoff über die kryogene Luftzerlegung hergestellt, wobei hoch optimierte, sehr große Anlagen minimal 0,36 kWhel. pro Nm3 O2 erreichen. Für Mengen unter 1000 Nm3 O2/h werden hingegen PSA-Anlagen (Pressure Swing Adsorption) und VPSA-Anlagen (Vacuum PSA) eingesetzt, diese erreichen jedoch nur maximal 95 Vol.-% O2-Gehalt. Kleinere PSA-Anlagen (<100 Nm3 O2/h) benötigen >0,9 kWhel./Nm3 O2. Bei einer On-site Versorgung, die i. A. deutlich preiswerter als eine Belieferung mit O2 ist, dominieren die Energiekosten den O2-Preis.

MIEC-Membranen, häufig auch als OTM (Oxygen Transport Membranes) oder ITM (Ion Transport Membranes) bezeichnet, benötigen zur Erzeugung von reinem O2 neben einer hohen Betriebstemperatur lediglich unterschiedliche O2-Partialdrücke. Für eine MIEC-Membrananlage resultiert daraus ein Bedarf an thermischer Energie zum Ausgleich der Verluste der Luft-Luft-Wärmetauscher. Darüber hinaus wird elektrische Energie oder mechanische Arbeit zur Kompression der Gase benötigt.

Der meist propagierte Überdruckbetrieb mit komprimierter Luft ist nur bei Rückgewinnung von mehr als 80 % der Kompressionsenergie wettbewerbsfähig. Deshalb entwickelt das Fraunhofer IKTS einen patentierten Vakuumbetrieb, der einen typischen Elektroenergiebedarf von minimal 0,2 kWhel. pro Nm3 O2 aufweist und bereits für Kleinanlagen einen wirtschaftlichen Betrieb ermöglicht. Das Prozessschema ist in der unten stehenden Abbildung gezeigt. Die thermischen Verluste werden durch den Einsatz spezieller Wärmetauscher minimiert und können durch Verbrennungsprozesse oder Nutzung der Abwärme industrieller Prozesse ausgeglichen werden. Insgesamt resultieren wesentlich geringere Betriebskosten als bei den konventionellen Verfahren, so dass Sauerstoff preiswert vor Ort bereitgestellt werden kann.

Leistungsangebot

 

  • Auslegungsberechnung  von MIEC-Anlagen
  • Beratung zur System-Integration
  • Auswahl von Systemkomponenten
  • Konzeption und Aufbau von O2-Pilotanlagen
  • Optimierung unter energetischen oder wirtschaftlichen Gesichtspunkten

Schema des Vakuumprozesses zur O2-Membranseparation