Mass transfer and selectivity analysis of a dense membrane contactor for upgrading biogas

Der Stofftransport in einem dichten Membrankontaktor wurde detailliert untersucht. Dabei wurden sowohl Untersuchungen mit reinem CO2 als auch mit einer Mischung, bestehend aus CO2 und CH4, durchgeführt, um den transmembranen Fluss abhängig von der Lösemittelmenge, dem Druckniveau des Kontaktors und der transmembranen Druckdifferenz zu bestimmen. Zwei unterschiedliche Membranen, eine PDMS-beschichtete und eine Teflon-AF-beschichtete Komposit-Gaspermeations-Flachmembran (PolyactiveTM von HZG) wurden in dem Membrankontaktor getestet. Neben dem Einsatz von Wasser als Lösungsmittel wurden auch Versuche mit Glycamal, einem physikalischen Solvent, durchgeführt. Der Stofftransport wurde mithilfe eines rigorosen Stofftransportmodells bestimmt. Mit diesem Modell war es möglich, den Stoffübergangskoeffizienten der Membran und den flüssigseitigen Stoffübergangskoeffizienten abhängig von der Lösemittelmenge, dem Druckniveau des Kontaktors und der transmembranen Druckdifferenz zu bestimmen. Dabei konnte gezeigt werden, dass sowohl der Stofftransportwiderstand der Membran, als auch der der flüssigseitigen Grenzschicht entscheidend zu dem Gesamt-Stofftransport des Kontaktors beitragen, der wiederum maßgeblich den Membranfluss und die Selektivität bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass ein höheres Druckniveau und eine erhöhte transmembrane Druckdifferenz sowohl die Permeanz, als auch die Selektivität des Kontaktors erhöhen.