Das Projekt "Energy saving in the manufacture of ethanol with simultaneous reduction of pollution" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hans-Egon Frangmeier durchgeführt. Objective: The aim of the project is to include two innovative unit operations in an ethanol from biomass total system plant so as first to reduce the energy demand of the plant which becomes more energy self sufficient and, secondly, to improve its economics. The two unit operations are the pervaporation of the dilute ethanol-containing fractions originating from the distillation unit and the electrophoresis of the effluent from the biogas digesters treating the spent liquor after distillation. The yearly expected energy saving is slightly below 3 GWh for a production of about 8 x 1000 hl ethanol and the treatment of about 28 x 1000 m3 effluent. The payback is 3.5 years on average for the two innovative unit operations, by comparison with a similar total system plant without the two improved unit operations. General Information: The pervaporation process uses synthetic membranes to separate water from a dilute ethanol-containing solution in order to concentrate the ethanol in the latter. The membrane consists of an inactive porous backing-layer and an active pore-free layer, a few micrometre tick, consisting of cross-linked and specially treated polyvinylalcohol. The electrophoresis plant consists of a semi permeable filter which separates two chambers. The lower chamber contains a moving brine (NaCl) solution and the positive electrode. The upper chamber (floating on top of the brine) contains the effluent to be treated and the negative electrode. The pervaporation unit is linked with the distillation treating the dilute plant ethanol-containing mash originating from the fermentation plant and the electrophoresis unit is linked to treat the effluent from methane digesters treating anaerobically the spent liquor from the distillation unit before final disposal. The dilute ethanol-containing stream is heated and introduced in a fractionation distillation tower. Anhydrous ethanol is removed at one particular height of the tower. High ethanol-containing condensates are recycled. Low ethanol-containing condensates pass through the pervaporation plant before being recycled. Energy and mass balances as well as pressures and temperatures will be continuously monitored for the pervaporator as a function of quantitative and qualitative changes in membrane modules. Achievements: The project had to be abandoned in 1992 for two main reasons: - the permit for building the digester next to the factory was not granted by the Municipality and no agreement had been reached so far concerning another site. Consequently, it was no possible to implement the electrophoresis unit; - there was a lack of techno-economic success prospect for the pervaporation step. 2 pervaporation units of different makes were tested. None of them were able to reach the initial specifications, i.e. 2,000 l/d ethanol at 99.8 vol per cent on a stable basis. One of the 2 units succeeded in reaching the specified concentration. However, with the time, the flow rate and concentration were
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Entwicklung der Messtechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. durchgeführt. In der vorgestellten Projektidee soll ein neues Verfahren zur Erzeugung von Bioethanol entwickelt werden. Gegenstand des angedachten Forschungsprojektes sind die Untersuchung und die Charakterisierung der Fermentationsstufe bei Einsatz realer Gärsubstrate. Darüber hinaus sollen neue innovative Inline-Prozessmesstechniken auf Basis akustischer und dielektrischer Spektroskopie angewendet, sowie die Fermentation mit einer Pervaporationsstufe zur Aufreinigung der entstehenden Produktströme gekoppelt werden. Ziel ist die Entwicklung eines wettbewerbsfähigen Gesamtkonzeptes. Wesentliche Vorteile des neuen Verfahrens sind eine unsterile, quasikontinuierliche Betriebsweise, eine Verkürzung der Fermentationsdauer, ein kontinuierlicher Produktaustrag sowie eine hohe Einsparung von Prozessenergie. Das Gesamtkonzept soll durch seine Innovation und Wirtschaftlichkeit eine Konkurrenz zu den derzeitig eingesetzten Verfahren darstellen. Die Forschungspartner entwickeln das hierzu notwendige Fermentations-Know-how (Hochleistungs-Sequencing-Batch-Reaktor-Technologie), die Inline-Prozessmess- und Steuerungstechnik sowie eine fortschrittliche Produktaufarbeitung durch Pervaporation. Die Forschungsarbeiten zur Fermentations- und Messtechnik beinhalten die Installation eines prozessadaptierten Laborfermenters im 10-Litermaßstab und die Ausrüstung dieses Fermenters mit einem innovativen Multisensorsystem für die Charakterisierung des Fermenterinhaltes, der Gasphase des Fermenters und des Destillates der Gasphase. Die wissenschaftlichen Ergebnisse des Vorhabens fließen in andere Folgeprojekte ein, wodurch während des Projektes neu erlangtes Know-how verbreitet werden kann. Eine Vermarktung von Teilergebnissen ist möglich. Nach Projektende steht eine Musteranlage für den weiteren Vertrieb des HSBR-Verfahrens, inklusive Produktaufbereitung und der entsprechenden Peripherie, zur Verfügung. Mit den erzielten Ergebnissen sollte auch eine internationale Vermarktung möglich sein.
Das Projekt "Entwicklung von Verfahren und Apparaten zur Pervaporation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Maschinen- und Anlagenbau Grimma durchgeführt. Der Pervaporation wird in steigendem Masse eine breite Anwendung in Chemie, Lebensmittelindustrie und Umwelttechnik vorausgesagt, da mit dieser Technologie viele Aufgaben oekonomisch sind, wo die Destillation versagt oder zu hohe Kosten verursacht. Mit der Simplexmembran liegt eine leistungsfaehige Membran vor, die einen sehr hohen Durchsatz hat. Die Simplexmembran wird mit einem Traeger versehen,so dass die Flachmembran auch unter technischen Bedingungen handhabbar ist. Da Flachmembranmodule gegenueber Hohlfasermodulen bzw Rohrmodulen einige Nachteile besitzen, wie zB kleinere spezifische auf das Volumen des Moduls bezogene Membranflaeche sowie groessere Verschmutzungsanfaelligkeit, sollen Hohlfasersimplexmembranen mit geeigneten Traegern hergestellt und in einem Labormodul getestet werden. Weiterhin werden neue Anwendungsfaelle insbesondere auf dem Gebiet der Umwelttechnik gesucht.
Das Projekt "Verbundprojekt: Pervaporationsmembranen zur Abtrennung und Trennung von Organika" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik und Institut für Verfahrenstechnik durchgeführt. Ein technischer Einsatz der Pervaporation in den Bereichen der Trennung rein organ. Systeme und der Abtrennung von in geringer Konzentration vorliegender organ. Komponenten aus waessrigen Systemen scheitert bis heute am Fehlen geeigneter Membranen. Aus diesem Grund sollen im Rahmen dieses Forschungsvorhabens durch Zusammenarbeit zwischen dem Institut fuer Verfahrenstechnik RWTH Aachen und der Firma Bayer AG Membranen entwickelt werden, die einen Einsatz in den o.g. Bereichen ermoeglichen. Als Membranmaterial sollen insbesondere Polyurethane zum Einsatz kommen, da die Polyurethanchemie als Vernetzungsprinzip zur Herstellung von Polymeren zu den variationsreichsten hoehermolekularen Verbindungen fuehrt. Es wird eine Palette von hydrophob/hydrophilen Polymerstrukturen hergestellt, deren Wirkung in Abhaengigkeit von ihrem Aufbau geprueft werden soll. Im Rahmen des Projektes ist geplant, bei Bayer die Polymermaterialien fuer Membranen herzustellen und vorzutesten.
Das Projekt "Reduction of energy consumption in the process industry by pervaporation with inorganic membranes: techno- economical feasibility study" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl und Institut für Verfahrenstechnik durchgeführt. General Information: The general objective of the project is to study and evaluate the feasibility of inorganic membranes and inorganic membrane technology in pervaporation processes for application in the process industry in order to reduce drastically the energy consumption in these industries by substitution of conventional separation processes like distillation by pervaporation with inorganic membranes. The implementation of reliable pervaporation processes, based on stable inorganic membranes could lead to energy savings of more than 50 per cent as compared to conventional separation technologies, in particular distillation. For EU-I 6 full implementation of pervaporation could result in energy savings of approximately 400 PJ/year (= 840 MECU/year). Other advantages claimed are: - purer products, thus higher product quality, - increased throughput, thus cheaper production, - simplified (downstream) and/or novel processes, - less organic wastes and organic emissions through recycling of solvents, - avoidance of the use of entrainers in azeotrope breaking, - less emissions of CO2, SO2 and NOX. The approach is based on a combination of: - availability of applicable inorganic membranes; - inorganic membrane manufacturing and optimization expertise; - detailed knowledge of separation and pervaporation processes and, - process know-how on the relevant chemical production processes. The project will focus on four carefully selected cases in the following application fields: i) ether production ii) extraction of aromatics from hydrocarbon mixtures iii) ester production and iv) dewatering of solvents. These fields are representative for a large group of processes. The work comprises detailed technical and economic evaluations of the feasibility of the applications of pervaporation with several types of inorganic membranes by a combination of experimental laboratory and bench-scale studies i.e. membrane, reactor/separator and process testing, process modelling, system integration and design studies. With respect to the membranes, the first focus will be on tubular silica membranes, which are available on a sufficient scale, in a high quality and in proper modules. Performance data for pervaporation application for a number of component mixtures are already at hand. Other types (zeolite, carbon) are explored as well. Process specific inorganic membrane development and optimisation is foreseen. Attention will be paid to vapour permeation as alternative technique for the (limited) cases in which the available inorganic membranes prove to suffer from fouling or have insufficient durability Aspects such as membrane performance (flux, selectivity) in the specific applications, durability, producibility and full-scale chemical process pre-designs will be covered. Finally energy savings and costs reductions as compared to conventional options will be adressed. ... Prime Contractor: Netherlands Energy Research Foundation, Energy Efficiency; Netherlands.
Das Projekt "Teilvorhaben 4: Pervaporation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme, Institutsteil Hermsdorf durchgeführt. Im Rahmen des Verbundprojektes soll ein neues Verfahren zur energetisch effizienten Erzeugung von Bioethanol entwickelt werden. Im Fokus der Arbeiten des Fraunhofer IKTS stehen die Aufarbeitung und Reinigung des Ethanols aus den ethanolhaltigen Produktströmen der HSBR-Fermentation durch Pervaporation mit hydrophoben, ethanolselektiven ZSM-5 Zeolithmembranen. Den ethanolhaltigen Produktströmen der HSBR-Fermentation wird mit diesen Membranen ein angereichertes Ethanol-Wasser-Gemisch entzogen. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stehen die systematische Untersuchung des Foulingverhaltens und die Weiterentwicklung der Membranen und des Pervaporationsprozesses. Die am IKTS durchzuführenden Arbeiten können in 5 Unterpunkte eingeteilt werden: 1. Untersuchung des Membranfoulings mit realen Produktströmen der HSBR-Fermentation, 2. die Entwicklung an diese Gemische angepasster Membranen, 3. die Entwicklung größerer Filterelemente, 4. die ausführliche Charakterisierung dieser Filterelemente durch Trennexperimente und alternative Testverfahren und 5. die Verfahrensentwicklung der Pervaporation mit Zeolithmembranen an realen Produktströmen. Interessant ist das Membranverfahren insbesondere für kleinere und mittlere Anlagen zur Bioethanolproduktion. Der Energieaufwand könnte verringert und im Gegensatz zur konventionellen Destillation/Rektifikation könnte hier auf die Verwendung von Dampf verzichtet werden. In Verbindung mit den bereits am IKTS entwickelten hydrophilen NaA Zeolithmembranen soll das Ethanol energetisch effizient, ausschließlich auf Basis von Membranprozessen angereichert und über den azeotropen Punkt auf Endqualität entwässert werden
Das Projekt "Aufbereitung von Extrakten aus hydraulischen In-situ Bodensanierungsverfahren durch Pervaporation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik durchgeführt. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde die Eignung der Pervaporation für die Aufarbeitung von Bodenextrakten anhand von Modellschadstoffen untersucht. In einem ersten Schritt konnte der Nachweis erbracht werden, dass das in der Bodensanierung eingesetzte Tensid Lutensol FSA10 die bei den Versuchen eingesetzte Polydimethylsiloxan-Membran nicht passiert, sondern vollständig zurückgehalten wird. Diese Feststellung war Grundlage für die anschließend durchgeführten Laborversuche, in denen Basisdaten über die Permeabilität der Modellschadstoffe p-Xylol, Naphthalin und Pyren bei verschiedenen Bedingungen gesammelt wurden. In Falle der erst genannten Modellsubstanzen war eine gute Abtrennung möglich. Im Falle von Pyren konnte zwar dieser Schadstoff auch auf der Permeatseite nachgewiesen werden, allerdings sind die gemessenen Konzentrationen sehr niedrig, so dass eine wirtschaftliche Abtrennung von Pyren fraglich erscheint. Anhand von Abreicherungsversuchen an der halbtechnischen Versuchsanlage konnte gezeigt werden, dass die Aufarbeitung einer größeren Menge an Modellextrakt im technischen Maßstab möglich ist. Die Ausgangskonzentration an p-Xylol, das hier als Modellschadstoff verwendet wurde, konnte innerhalb von sechs Stunden auf unter 7% der Ausgangskonzentration reduziert werden. Gleichzeitig liegt die Wasserverdampfungsrate bei 11%. Damit ist eine Abschätzung der Betriebskosten möglich: bei einem Bedarf von 1,1 t Dampf/t Permeat und einem angenommenen Preis von 50 DM/t Dampf, sowie den Betriebskosten für Förderpumpe, Vakuumpumpe und Kühlwasser ergeben sich Aufarbeitungskosten von ca. 20 DM/t Bodenextrakt. Das wesentliche Ergebnis ist, dass eine vollständige Rückgewinnung des teuren Tensids unter gleichzeitiger selektiver Abtrennung von Schadstoffen möglich ist. Der Eignungsnachweis für den Einsatz der Pervaporation als Aufarbeitungsverfahren für Extrakte aus Bodensanierungsverfahren ist also prinzipiell erbracht. Ausblickend bleiben noch Fragen, die zum vollständigen Eignungsnachweis untersucht werden müssen. Eine wichtige Frage ist das Trennpotenzial des Verfahrens, d.h. welche Substanzen oder Substanzklassen ausreichend abgetrennt werden können. Hierzu sind weitere Screening-Versuche notwendig, in denen exemplarisch, beispielsweise Komponenten von Diesel- oder Heizölen, im Rahmen von Laborversuchen untersucht werden müssen. Darauf aufbauende, weiterführende Untersuchungen an der halbtechnischen Versuchsanlage mit realen Bodenextrakten führen zu einer genaueren Abschätzung der Betriebs- und Investitionskosten für die Aufarbeitung von derartigen Bodenrextrakten mittels Pervaporation.
Das Projekt "Sun Power Plant" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Wien, Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften (E166) durchgeführt. Der in den nächsten Jahren steigende Bedarf an Biokraftstoff verleiht der Bioethanol-Produktion enorme Relevanz. Die Herstellung von Bioethanol aus nachwachsenden Rohstoffen ist bei der großtechnischen Produktion ein technologisch ausgereifter Prozess. Die Einbindung in eine Region hinsichtlich des lokalen Rohstoffaufkommens, der lokalen Reststoffverwertung und auch der lokalen nachhaltigen Energieversorgung ist jedoch bei der großtechnischen Ethanolproduktion sehr schwer realisierbar. Aufbauend auf eine vorangegangene Grundlagenstudie sollen in dieses Projekt nun die konkreten Bedingungen für eine ökologisch und ökonomisch optimale Bioethanol-Kleinanlage definiert werden. Ziel des Projektes ist die Untersuchung von technischer Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit der Bioethanol-Produktion am Standort Harmansdorf/Rückersdorf. Die angestrebte Produktionskapazität soll in der Größenordnung von etwa 1000 Tonnen Bioethanol pro Jahr liegen. Geplant ist, die Bioethanolanlage mit einer Biogasproduktion zu kombinieren. Der Reststoff 'Schlempe' aus der Ethanolproduktion soll unter Zumischung von Co-Substraten (nachwachsende Rohstoffen) zu Biogas vergoren werden. Dieses Biogas dient der regenerativen Wärmebedarfsdeckung der Bioethanolanlage, wobei verschiedene Versorgungsstrategien z. B. Abwärme aus einem BHKW oder alleinige thermische Verwertung in einem Gaskessel untersucht und miteinander verglichen werden. Einleitend werden im Zuge einer Standortanalyse die landwirtschaftlichen Verhältnisse erhoben und Fragen zur Infrastruktur geklärt - wie zum Beispiel die Versorgung mit Brauch-, Prozess- und Kühlwasser, die allgemeine Energieversorgung und letztlich die Verwertung der erzeugten Produkte Bioethanol, Biogas, Strom, Wärme und Biogas-Reststoffe. In der Basic Engineering Phase erfolgt die Grundauslegung der zu untersuchenden Anlagen-Varianten. Hauptaugenmerk für den Bioethanolprozess sind die Energie- und Stoffströmen sowie die angelegten Wärmeniveaus, um jene Temperaturen aus der Biogaserzeugung bereitzustellen, die für die Bioethanolerzeugung benötigt werden. Desweiteren werden alternative Membrantrennverfahren (Pervaporation oder Dampfpermeation) zur Entwässerung des destillativ erzeugten Bioethanols geprüft. Zentraler Punkt im Design des Biogasprozesses ist die Optimierung der eingesetzten Substrate. Ziel ist die 100Prozentige Verwendung der anfallenden Bioethanol-Schlempe, die mit geeigneten Co-Substraten vergoren werden soll. Diese Co-Substrate könnten zum Beispiel nachwachsende Rohstoffe wie Stroh oder Pflanzen von Fruchtfolgeflächen sein, die im Rahmen der Rohstoffproduktion für die Bioethanolherstellung als Reststoffe entstehen. In der anschließenden Detail Engineering Phase erfolgt die detaillierte Auslegung der gewählten optimalen Verfahrens- und Anlagenkombination am gegebenen Standort. In Zusammenarbeit mit den am Projekt beteiligten Firmenpartnern werden schließlich die zu erwartenden Kosten für dieses Konzept im bestmöglichen Detaillierungsgr
Das Projekt "Multikomponentenpervaporation wässriger Systeme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik durchgeführt. Pervaporation. Das Pervaporationsverfahren ist eine verfahrenstechnische Grundoperation zur Zerlegung von Flüssiggemischen mittels nichtporöser Polymermembranen. Der Name Pervaporation ist ein Kunstwort, das aus den Begriffen Permeation und Evaporation gebildet wurde. Damit wird ausgedrückt, dass bei diesem Membranprozess der Transport durch die Membran - die Permeation- und die Verdampfung auf der Permeatseite - die Evaporation - charakteristische Teilschritte sind. Trotz dieses Verdampfungsvorganges ist das Verfahren energetisch günstig, da Verdampfungsenergie nur für die transportierten Stoffe benötigt wird. Dem Verfahrenstechniker bietet sich damit eine sinnvolle Alternative zu den herkömmlichen thermischen Stofftrennverfahren. Beispielsweise erfordert die Zerlegung azeotroper oder engsiedender Gemische gegenüber der Rektifikation weniger Aufwand. Bei der Alkoholabsolutierung ist die Pervaporation ein eingeführtes Verfahren. Das Permeat fällt dampfförmig an und wird nachfolgend in einem Kondensator verflüssigt. Die Absolutdrücke im Permeatraum liegen bei der Dehydration etwa bei 10 mbar, bei der Pervaporation wässriger Lösungen können Absolutdrücke bis 100 mbar angewendet werden. Auf der Feedseite herrscht Normaldruck bis mäßiger Überdruck. Die Trennselektivität beruht auf der unterschiedlichen Löslichkeit der Komponenten in der Membran. Der erzielbare Trenneffekt, oder die Permeatzusammensetzung, resultiert aus den unterschiedlichen Transportraten der einzelnen Stoffe. Aus diesem Grund, weil der Trennvorgang kinetisch bestimmt ist, liegt das Trennergebnis meistens weit entfernt vom thermodynamischen Phasengleichgewicht, wobei der Permeatanteil der vorzugsweise sorbierten Komponente überwiegt. Die optimale Wahl der Prozessparameter ist wichtig, denn sie verstärkt noch das Übergewicht der Transportkinetik gegenüber dem Phasengleichgewicht. Das Forschungsziel liegt in der Optimierung der Pervaporation wässriger Lösungen mit organischen Inhaltsstoffen, besonders von halogenierten Kohlenwasserstoffen und von Aromaten. Durch moderne Membranen, die mit der Plasmatechnologie hergestellt werden, scheint eine kostengünstige Anwendung bei der Abwasserreinigung im Bereich des Möglichen. Augenmerk sollte dabei auf der Anreicherung der organischen Stoffe anstatt auf hohen spezifischen Stoffströmen liegen.
Das Projekt "Entwicklung einer aromatenselektiven Hochleistungskompositmembran" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von PolyAn Gesellschaft zur Herstellung von Polymeren für spezielle Anwendungen und Analytik mbH durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Hochleistungskompositmembran für die Trennung von Gemischen organischer Komponenten - vorzugsweise aus aromatischen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen bestehend - mittels Pervaporation. Ein besonders umwelt- und gesundheitsrelevanter Aspekt ist der Benzolgehalt der Vergaserkraftstoffe. Die Aromaten-Aliphaten-Trennung, um benzolarmes Benzin zu erhalten, ist aus diesem Grund ein derzeit intensiv bearbeitetes Gebiet. Fazit: Auf Grund der erzielten Projektergebnisse und erster, weitergehender Untersuchungen ist eine Weiterentwicklung der hydrophoben PV-Membranen im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Selektivität und der Stoffstromdichte bei der Pervaporation vielversprechend. Mit diesen optimierten Membranen sollte ein effektives Herstellungsverfahren für größere Membranflächen entwickelt werden. Um die entwickelten Membranen in der industriellen Anwendung zu etablieren, muss als ein weiterer Schritt eine Pilotierung in der Industrie erfolgen. Damit können wichtige Aussagen zur Anlagenperformance, Standzeit, etc. gewonnen werden.
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| Förderprogramm | 37 |
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