DE10117140A1

DE10117140A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung flüssiger oder gasförmiger Stoffgemische mittels Pervaporation oder Dampfpermeation

Info

Publication number: DE10117140A1
Application number: DE10117140A
Authority: DE
Inventors: Torsten Brinkmann; Katrin Ebert; Klaus Ohlrogge; Jan Wind; Alaa Fahmy; Dieter Mewes
Original assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Current assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2002-10-17

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Trennung von flüssigen und gasförmigen Stoffgemischen (11) nach dem Prinzip der Pervaporation oder der Dampfpermeation mittels einer Membrantrenneinrichtung (12) vorgeschlagen, wobei auf diese das zu trennende Stoffgemisch (11) gegeben wird, welches mittels der Membrantrenneinrichtung (12) in ein Retantat und in ein Permeat getrennt wird. Dabei wird das Permeat (16) mit einem Absorptionsmittel (19) in Kontakt gebracht. Das geschieht dadurch, daß der Permeatausgang (17) der Membrantrenneinrichtung (12) mit einem Einlaß (20) einer Absorptionseinrichtung (18) verbunden ist, wobei das in der Absorptionseinrichtung aufbereitete Permeat (16) zur weiteren Verwendung über einen Auslaß (23) aus der Absorbereinrichtung (18) abführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von flüssigen oder gasförmigen Stoffgemischen mittels einer nach dem Prinzip der Pervaporation oder der Dampfper meation betriebenen Membrantrenneinrichtung, wobei auf diese das zu trennende Stoffgemisch gegeben wird, welches mittels der Membrantrenneinrichtung in ein Retentat und in ein Permeat getrennt wird, und eine Vorrichtung, mit der ein derartiges Verfahren ausführbar ist.

Pervaporation und Dampfpermeation sind im Stand der Technik bekannte Membrantrennverfahren, bei denen nicht poröse Membranen für die Trennung von Stoffgemischen benutzt werden. Bei der Pervaporation wird das einer Membrantrenneinheit zugeführte, zu trennende Stoffge misch in flüssiger Form zugeführt, bei der Dampfper meation wird das der Membrantrenneinheit zugeführte, zu trennende Stoffgemisch in dampfförmiger Form zugeführt. Auf an sich bekannte Weise wird das zu trennende Stoff gemisch in der Membrantrenneinheit mit der Zulaufseite einer nicht porösen Membran in Kontakt gebracht. Der selektive Stofftransport (Permeation), der in der Membran bei der Pervaporation und der Dampfpermeation der gleiche ist, beruht auf drei aufeinanderfolgenden Schritten, nämlich der Sorption, der Diffusion und der Desorption. Demzufolge fällt der durch die Membran transportierte, d. h. durch sie hindurch permeierte Strom, das Permeat, auf der zweiten Seite der Membran, der sog. Permeatseite, dampfförmig an. Die Differenz des chemischen Potentials der transportierten Komponenten auf beiden Seiten der Membran, bildet dabei die notwen dige treibende Kraft für die Permeation. Stand der Technik ist das Absenken des Partialdrucks der transpor tierten Komponenten auf der Permeatseite der Membran. Die Absenkung des Partialdrucks auf der Permeatseite der Membran wird im allgemeinen durch Anlegen eines permeat seitigen Vakuums bewirkt. Das Vakuum auf der Permeatsei te der Membran kann bspw. durch die Kondensation des dampfförmigen Permeats erzeugt werden, es ist aber auch möglich, eine Vakuumpumpe dafür zu verwenden. Zu berück sichtigen ist, daß der Vakuumdruck vom Dampfdruck des kondensierten Permeats und von der Menge der nicht kondensierbaren Komponenten und regelmäßig nicht voll ständig ausschließbaren Leckagen im Kondensator abhängt.

Die Kondensationsmethode weist im wesentlichen zwei Nachteile auf. Der erste Nachteil ist der, daß mit dem Erreichen niedriger Kondensationstemperaturen hohen Kosten verbunden sind, der zweite Nachteil ist, daß der Druck des Permeats und damit die Kondensationstemperatur des Permeats nicht beliebig abgesenkt werden können. Die Erstarrungstemperatur des Permeats stellt dabei eine untere Grenze der Kondensationstemperatur dar, wobei diese Einschränkung zur Folge hat, daß die Triebkraft für die Trennung des Stoffgemisches nicht beliebig abgesenkt werden kann und damit die an sich erreichte Einsparung an benötigter Membrantrennfläche ihre untere Grenze findet.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem auf die Trenntechnik durch Kondensation des Per meats, die unsicher und mit hohen Investitions- und Betriebskosten verbunden ist, verzichtet werden kann, wobei eine Trennung der Stoffgemische im Bereich der Raumtemperatur möglich ist und Membranfläche eingespart werden soll, wobei das Verfahren gleichermaßen wie eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens kostengünstig durchführbar bzw. kostengünstig bereitstellbar sein soll und einfach durchführbar bzw. einfach betreibbar sein sollen.

Gelöst wird die Aufgabe gem. erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, daß das Permeat mit einem Absorptionsmittel in Kontakt gebracht wird.

Das Vakuum auf der Permeatseite der Membran wird durch das Absorptionsmittel bewirkt, das entsprechend ausge wählt, eine sehr starke Affinität zum Permeat hat. Das in Form einer Lösung zugeführte Absorptionsmittel, das mit dem Permeat verdünnt ist, besitzt einen niedrigeren Dampfdruck als dem des kondensierten Permeats bei gleicher Temperatur. Im Vergleich zu der bisher verwendeten Kondensation kann ein niedrigerer Vakuumdruck bei gleicher Temperatur oder der gleiche Vakuumdruck bei relativ höheren Temperaturen, erreicht werden. Somit können die Investitions- und Betriebskosten, wies ange strebt, der für die Kondensation bisher notwendigen Kälteanlage nicht nur verringert werden, vielmehr kann sogar ganz darauf verzichtet werden, wenn bei der Absorption die Temperatur des Absorptionsmittels bzw. der Absorptionsmittellösung bei Umgebungstemperatur eingestellt wird, bspw. mittels eines geeignet ange legten Kühlmediums.

Für die Entwässerung von aus organischen Stoffen beste henden zu trennenden Stoffgemischen mittels Pervapora tion oder Dampfpermeation kann das Absorptionsmittel derart ausgewählt werden, daß es vorteilhafterweise selbst hygroskopische Eigenschaften aufweist. Vorzugs weise wird als Absorptionsmittel ein solches gewählt, daß damit der Dampfdruck von Wasser erheblich abgesenkt werden kann gegenüber dem Dampfdruck von reinem Wasser bei gleicher Temperatur, gegenüber einem Absorptions mittel ohne hygroskopische Eigenschaften. Dabei ist das Absorptionsmittel vorzugsweise Lithiumbromid. So kann z. B. ein Permeatdruck von 8 mbar bei der Absorption mittels einer 60 Gew.-% Lithiumbromidlösung bei Raumtem peratur erreicht werden, wobei im Vergleich dazu bei der direkten Kondensation eine Abkühlung auf minus 15°C notwendig wäre.

Die Absorption wird mit einer möglichst konzentrierten Absorptionsmittellösung durchgeführt, wobei vorteil hafterweise angestrebt wird, die Lösung aus Permeat und Absorptionsmittel bis in den Bereich der Kristallisati onstemperatur aufzukonzentrieren, die die einzige Begrenzung für eine optimale Ausgestaltung des Verfah rens darstellt.

Vorzugsweise wird dem Gemisch aus Permeat und Absorpti onsmittel noch ein Inhibitor zugesetzt. Der Inhibitor stellt ein Additivum dar, das beispeilsweise korrosions schützende Eigenschaften aufweisen soll. Ein guter Korrosionsschutz ist für eine Anlage, mit der das Verfahren ausgeführt werden kann, Voraussetzung für einen erfolgreichen technischen Betrieb einer derartigen Vorrichtung. Inhibitoren mit derartigen Eigenschaften sind vorzugsweise Li₂CrO₂ und/oder LiNO₃ und/oder Li₂NoO₂, wobei LiNO₃ regelmäßig in der Phase der Inbe triebnahme einer derartigen Vorrichtung bei der erfin dungsgemäßen Ausführung des Verfahrens eingesetzt wird. Die verschiedenen Inhibitoren haben bestimmte Vorteile bezüglich des Verfahrens und der Vorrichtung und be stimmte Nachteile, so daß sie vorzugsweise in Kombina tion verwendet werden, um bestimmte Nachteile auszu gleichen.

Dem Absorptionsmittel bzw. dem Absorptionsmittelgemisch können höhere Alkohole, vorzugsweise Oktylalkohol, zugesetzt werden. Mit dem höheren Alkohol kann der Stoffaustausch verbessert werden, denn es kommt dadurch zu Bewegungen an der Flüssigkeitsoberfläche aufgrund unterschiedlicher Oberflächenspannungen (Marangoni- Effekt). An der Oberfläche bewegt sich die Flüssigkeit aus den Bereichen niedriger Oberflächenspannung in Bereiche hoher Oberflächenspannung. Dadurch vergrößert sich der Stoffübergangskoeffizient. Die Dosierung des zugesetzten höheren Alkohols findet ihre Grenzen dort, wo der Dampfdruck des Wassers nicht beeinflußt wird.

Ein weiteres Additivum, das dem Absorptionsmittel bzw. der Absorptionsmittellösung zugeführt wird, ist vor zugsweise Ethandiol oder Propandiol, die die Kristalli sationstemperatur absenken und damit erlauben, mit einer noch konzentrierteren Absorptionsmittellösung, bspw. der erwähnten Lithiumbromid-Lösung, zu arbeiten. Dadurch ist sichergestellt, daß eine weitere Absenkung der Tempera tur möglich ist, ohne daß sich Kristalle bilden. Durch diese beigefügten Additive sind derart niedrige Dampf drücke zu erreichen, welche bspw. mit einer reinen Lithiumbromid-Lösung nicht möglich wären.

Gem. einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das wenigstens aus Permeat und dem Absorptionsmittel bestehende Gemisch zur Trennung der Gemischkomponenten desorbiert, es findet also durch den Desorptionsvorgang eine Aufbereitung der mit dem Permeat verdünnten Absorptionsmittellösung statt. Während des Desorptionsvorganges werden die absorbierten Komponenten des Permeats aus der Lösung wieder abgetrennt.

Vorzugsweise wird die für die Desorption nötige Energie bei einer Stofftrennung mittels Dampfpermeation dem Rententatstrom entnommen, so daß ein derart ausgestalte tes Verfahren auch mit einem Minimum an Fremdenergie durchgeführt werden kann.

Die Absorptionslösung wird bei ihrem Inkontaktbringen mit dem Permeat vorzugsweise temperaturerniedrigt, so daß das zweiphasige Permeat-Absorptionsmittelgemisch nahezu vollständig in den flüssigen Zustand übergehen kann, nachdem durch den Absorptionsvorgang der Stoff austausch zwischen dem Permeat und der Absorptionslösung stattgefunden hat.

Das Permeat ist bei Eintritt in den Absorber dampfför mig, das Absorptionsmittel ist stets flüssig.

Das durch die Desorption aufkonzentrierte Absorptions mittel wird dem Permeat als Absorptionsmittel vorzugs weise erneut zugeführt. Die im Zuge des Desorptionsvor ganges verdampften Komponenten des zugeführten Gemisches aus Permeat und Absorptionsmittelgemisch werden unter einem relativ höheren Druck als dem des Permeats kon densiert, so daß bspw. Kühlwasser als Kühlmedium benutzt werden kann.

Schließlich ist es vorteilhaft, daß die für die Desorp tion bei einer Stoffgemischtrennung nach dem Prinzip der Pervaporation nötige Energie als Fremdenergie von außen zugeführt wird.

Eine Vorrichtung zur Trennung flüssiger oder gasförmiger Stoffgemische mittels einer nach dem Prinzip der Perva poration oder der Dampfpermeation betriebenen Membran trenneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Permeatausgang der Membrantrenneinrichtung mit einem Einlaß einer Absorptionseinrichtung verbunden ist, wobei das in der Absorptionseinrichtung aufbereitete Permeat zur weiteren Verwendung über einen Auslaß der Absorpti onseinrichtung aus dieser abführbar ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist sinngemäß der gleiche, wie der oben zur verfahrensgemäßen Lösung genannte Vorteil. Hinzu kommt aber noch, daß die Mem brantrenneinrichtung und die Absorptionseinrichtung in ihren Grundkomponenten im Stand der Technik bekannte und in bezug auf ihre Zuverlässigkeit und Einsatzbreite erprobte Komponenten sind, d. h. im Stand der Technik bekannte Absorptionseinrichtungen können für den lösungsgemäßen Aufbau der Vorrichtung verwendet werden. Dieses gilt gleichermaßen für Membrantrenneinrichtungen, die als betriebsfertige Membranmodule bezogen werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit äußerst kostengünstig her- und bereitstellbar, wobei aufwendige Erprobungsmaßnahmen aufgrund des vorangehend Gesagten entbehrlich sind.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart aufgebaut, daß die Absorptionseinrichtung einen zweiten Auslaß für das flüssige Absorptionsmittel aufweist, der mit einem ersten Einlaß einer Desorptionseinrichtung verbunden ist.

Die Desorptionseinrichtung weist vorzugsweise einen ersten Auslaß für das desorbierte Absorptionsmittel auf, wobei der erste Auslaß mit einem zweiten Einlaß der Absorptionseinrichtung verbunden ist, wobei vorteil hafterweise in die Verbindung zwischen erstem Auslaß der Desorptionseinrichtung und dem zweiten Einlaß der Absorptionseinrichtung eine Wärmetauscheinrichtung geschaltet ist. Diese Wärmetauscheinrichtung, die grundsätzlich mit einem beliebig geeigneten Wärmeaus tauschmedium beaufschlagbar ist, ist vorteilhafterweise derart ausgestaltet, daß die Wärmeaustauscheinrichtung mittels des von der Absorptionseinrichtung zur Desorp tionseinrichtung geführten flüssigen Absorptionsmittels beaufschlagt wird, d. h. das flüssige Absorptionsmittel stellt in diesem Falle das Wärmeaustauschmedium dar.

Der Retentatausgang der Membrantrenneinrichtung ist vorteilhafterweise mit einer in der Desorptionseinrich tung angeordneten Wärmeaustauscheinrichtung verbunden, wenn die Vorrichtung bzw. die Membrantrenneinrichtung nach dem Prinzip der Dampfpermeation betrieben wird, wobei in diesem Falle das Retentat das Wärmeaustauschme dium darstellt.

Es war oben im Zusammenhang mit einer vorzugsweisen Ausgestaltung des Verfahrens darauf hingewiesen worden, daß die im Desorber verdampften Komponenten unter einem relativ höheren Druck als dem des Permeats kondensiert werden können, so daß Kühlwasser als Kühlmedium benutzt werden kann. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, in der Desorptionseinrichtung eine fremdmittelbetriebene Wärmeaustauscheinrichtung anzuordnen, wobei das Fremd mittel bzw. das Wärmeaustauschmedium in diesem Falle Wasser bzw. Kühlwasser ist.

Grundsätzlich kann die Vorrichtung derart ausgestaltet sein, daß die Membrantrenneinrichtung und die Absorpti onseinrichtung getrennte Einrichtungen sind, die durch geeignete Rohrverbindungen, wie vorangehend beschrieben, miteinander verbunden bzw. zusammengeschaltet werden können. Dieser konventionelle Aufbau einer derartigen Vorrichtung umfaßt allerdings Absorbergehäuse, Membran trenneinrichtungsgehäuse und Rohrverbindungen, die grundsätzlich auch Quellen von Undichtigkeiten aufweisen können. Außerdem sind damit bestimmte Druckverluste zwangsweise verbunden.

Um eben diese Druckverluste so gering wie möglich zu halten, sind die Membrantrenneinrichtung und die Ab sorptionseinrichtung in einem geschlossenen Volumen, bspw. gebildet durch ein gemeinsames Gehäuse, angeord net, so daß durch diese vorzugsweise Maßnahme zu erwar tende Druckverluste in der Vorrichtung bzw. aus der Vorrichtung heraus auf ein Minimum gesenkt werden können.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nach folgenden schematischen Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsbeispiele eingehend beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 ein im Stand der Technik bekanntes Verfahren mit einer Membrantrenneinheit sowie einem nachgeschalteten Kondensator,

Fig. 2 eine Vorrichtung gem. der Erfindung, die nach dem Prinzip der Dampfpermeation betrieben wird,

Fig. 3 eine Vorrichtung gem. Fig. 2, die nach dem Prinzip der Pervaporation betrieben wird,

Fig. 4 eine Vorrichtung gem. Fig. 2, die ebenfalls nach dem Prinzip der Dampfpermeation betrieben wird, wobei die Membrantrenneinrichtung und die Absorptionseinrichtung in einem gemeinsamen geschlossenen Volumen bzw. Gehäuse angeordnet sind, und

Fig. 5 eine Vorrichtung gem. Fig. 3, die nach dem Prinzip der Pervaporation betrieben wird, wobei die Membrantrenneinrichtung und die Absorpti onseinrichtung in einem gemeinsamen geschlos senen Volumen bzw. Gehäuse angeordnet sind.

Es wird zunächst bezug genommen auf die Fig. 1 und 2.

Eine Vorrichtung 10, wie sie bisher im Stand der Technik bekannt ist, ist in Fig. 1 dargestellt. Eine Vorrichtung 10, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann, ist in den Fig. 2 bis 5 dargestellt.

Die im Stand der Technik bekannte Vorrichtung 10 umfaßt eine Membrantrenneinrichtung 12, die auf bekannte Weise ausgebildet ist. Bei dieser Vorrichtung 10 wird das zu trennende Stoffgemisch 11 auf den Stoffgemischeingang 13 gegeben. Innerhalb der Membrantrenneinrichtung 12 wird das Stoffgemisch 11 in ein Retentat 14 und ein Permeat 16 getrennt. Das Retentat 14 tritt aus dem Retentataus gang 15 aus, das Permeat 16 tritt aus dem Permeatausgang 17 aus. Das Permeat 16 wird auf eine Kühleinrichtung 33 gegeben, wobei das nötige Vakuum auf der Permeatseite der Membrantrenneinrichtung durch Kondensation des Permeats 16 in der Kühleinrichtung 33 erfolgt. Regel mäßig ist der Kühl- bzw. Kondensationseinrichtung 33 noch eine Vakuumpumpe 34 nachgeschaltet. Die Vakuumpumpe 34 ist notwendig, um die nicht kondensierten Stoffe aus der Kondensations- bzw. Kühleinrichtung 33 zu entfernen. Der Vakuumdruck ist vom Dampfdruck des kondensierten Gemisches und von der Menge der nicht kondensierten Komponenten sowie der ggf. vorhandenen Leckagen in der Kondensations- bzw. Kühleinrichtung 33 abhängig.

Fig. 2 stellt eine erste Ausführungsform der erfindungs gemäßen Vorrichtung 10 dar. Auch hier wird das zu trennende Stoffgemisch 13, das im Beispiel der Fig. 2 in dampfförmiger Form vorliegt (Dampfpermeation) auf den Stoffgemischeingang 13 der Membrantrenneinrichtung 12 gegeben. In der Membrantrenneinrichtung 12 wird wiederum ein Retentat 14 und ein Permeat 16 erzeugt, wobei der Permeatausgang 17 mit einem ersten Einlaß 20 einer Absorptionseinrichtung 18 verbunden ist. Die Absorpti onseinrichtung 18 weist einen zweiten Einlaß 21 auf, wobei der zweite Einlaß über eine Verbindungsleitung mit dem 1. Auslaß 27 einer Desorptionseinrichtung 24 ver bunden ist. Desweiteren weist die Absorptionseinrichtung 18 einen ersten Auslaß 22 auf, über den nicht kondensierbare Komponenten des Permeats 16 über eine nachge schaltete Vakuumpumpe 34 abgeführt werden. Schließlich weist die Absorptionseinrichtung 18 einen zweiten Auslaß 23 auf, der über eine Verbindungsleitung 29 mit dem ersten Einlaß 25 der Desorptionseinrichtung 24 verbunden ist. Der zweite Auslaß 28 der Desorptionseinrichtung dient der Abfuhr des Permeats 16 aus der Vorrichtung 10. Der Retentatausgang 15 ist über eine Verbindungsleitung mit einer Wärmeaustauscheinrichtung 31 verbunden, die in der Desorptionseinrichtung 24 angeordnet ist. Der Temperaturinhalt des Retentats 14 bei der Dampfpermea tion, Fig. 2, dient als Heizenergie zum Betrieb der Desorptionseinrichtung 24. Nach Durchlaufen der Wärme tauscheinrichtung 31 ritt das Retentat 14 aus der Vorrichtung 10 aus.

Die Verbindungsleitung zwischen dem zweiten Einlaß 21 der Absorptionseinrichtung 18 und dem ersten Auslaß 27 der Desorptionseinrichtung 24 wird über eine Wärmeaus tauscheinrichtung 30 geführt, wobei als Wärmeaustausch mittel das zwischen dem zweiten Auslaß 23 der Absorpti onseinrichtung 18 und dem ersten Einlaß 25 der Desorp tionseinrichtung 24 geführte Gemisch aus Permeat und Absorptionsmittel 19 als Wärmeaustauschmedium wirkt.

In der Absorptionseinrichtung 18 wird das in die Ab sorptionseinrichtung 18 zugeführte Permeat 16 mit dem Absorptionsmittel 19 in Kontakt gebracht. Das Absorpti onsmittel 19, das eine sehr starke Affinität zum Permeat 16 hat, verdünnt das Absorptionsmittel 19 bzw. die Absorptionsmittellösung, die einen niedrigeren Dampf druck als den des kondensierten Permeats 16 bei gleicher Temperatur hat. Verglichen mit der Methode der Konden sation, vgl. Fig. 1 sowie die dazugehörige obige Be schreibung, kann somit ein niedrigerer Vakuumdruck auf der Permeatseite bzw. am Permeatausgang 17 der Membran trenneinrichtung 12 bei gleicher Temperatur wirken oder der gleiche Vakuumdruck bei relativ höheren Temperaturen erreicht werden. Erfindungsgemäß kann ganz auf eine Kühleinrichtung verzichtet werden, wenn bei der Absorp tion die Medientemperatur mit Kühlwasser bei Umgebungs temperatur eingestellt wird. Es ist lediglich die Kondensationseinrichtung 33 erforderlich.

Die mit dem Permeat 16 verdünnte Lösung wird über den zweiten Auslaß 23 über die Verbindungsleitung 29 auf den ersten Einlaß 25 der Desorptionseinrichtung 24 geführt. Hiermit wird das Gemisch aus Permeat 16 sowie dem Absorptionsmittel 19 bzw. der Absorptionsmittellösung, die ggf. Inhibitoren und zusätzliche Additiva enthält, aufbereitet, so daß die absorbieren Komponenten des Permeats 16 aus der Lösung durch Erwärmung wieder abgetrennt werden können. Wie schon erwähnt, kann die dafür erforderliche Energie für den Betrieb der Desorp tionseinrichtung 24 im Falle des Betriebs der Vorrich tung 10 nach dem Prinzip der Dampfpermeation aus dem dampfförmigen Retentat 14 gewonnen werden. Die in der Desorptionseinrichtung 24 verdampften Komponenten werden unter einem relativ höheren Druck als dem des Permeats 16 kondensiert, so daß Kühlwasser als Kühlmedium benutzt werden kann. Das in der Desorptionseinrichtung 24 aufkonzentrierte Absorptionsmittel 1a bzw. die Absorpti onsmittellösung wird über den ersten Auslaß 27 der Desorptionseinrichtung 24 auf den zweiten Einlaß 21 der Absorptionseinrichtung 18 zurückgeführt.

Die Absorptionseinrichtung 18 hat somit zwei Hauptauf gaben zu erfüllen. Zum einen muß sie den Stoffaustausch zwischen dem Permeat 16 und dem Absorptionsmittel 19 bzw. der Absorptionsmittellösung gewährleisten und zum anderen muß die Absorptionseinrichtung 18 den Wärmestrom abführen, der beim Übergang des Permeats 16 vom dampf förmigen in den flüssigen Zustand entsteht. Beides wird dadurch erreicht, daß das Absorptionsmittel 19 über eine Wärmeaustauscheinrichtung 35 in die Absorptionseinrich tung 18 geführt wird. Die Wärmeaustauscheinrichtung 35 kann bspw. mittels horizontaler Kühlschlangen ausgeführt werden, wobei die Kühlschlangenrohre die für den Stoff und Wärmeaustausch notwendige Oberfläche zur Verfügung stellen. Die bei der Phasenänderung dabei entstehende Wärme wird durch das durch die Rohre der Wärmeaustausch einrichtung 35 strömende Kühlmedium abgeführt. Das in der Absorptionseinrichtung 18 verwendete Kühlmedium kann zum Kühlen in einem Kondensator der Desorptionseinrich tung 24 benutzt werden, da der Druck und damit die Temperatur in diesem Kondensator höher sind als der bzw. die in der Absorptionseinrichtung 18. Die Desorptions einrichtung 24 ist ein einfacher Verdampfer oder eine Rektifikationskolonne.

Die Vorrichtung 10 gem. Fig. 3 unterscheidet sich von der vorangehend beschriebenen Vorrichtung 10 gem. Fig. 2 lediglich dadurch, daß das aus der Membrantrenneinrich tung 12 an deren Retentatausgang 15 austretende Retentat 14 nicht als Wärmeaustauschmedium für den Betrieb der Wärmeaustauscheinrichtung 31 in der Desorptionseinrich tung 24 Verwendung findet. Die Wärmeaustauscheinrichtung 31 in der Vorrichtung 10 gem. Fig. 3 wird mit einer von außen angelegten Fremdenergie betrieben. Die Vorrichtung 10 gem. Fig. 3 ist in dem dort gezeigten Aufbau vorzugs weise zur Verwendung als Stoffgemischtrenneinrichtung heranzuziehen, wenn das zu trennende Stoffgemisch 11 in flüssiger Form der Membrantrenneinrichtung 12 am Stoff gemischeingang 13 zugeführt wird, d. h. die Membrantrenn einrichtung 12 nach dem Prinzip der Pervaporation betrieben wird. Alle übrigen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Vorrichtung 10 gem. Fig. 2 genannten Komponenten einschl. der Verbindungen der Komponenten sind identisch zu denen der Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung gem. der Vorrichtung von Fig. 2, d. h. bei dieser wird ebenfalls das zu trennende Stoffgemisch 11 der Membrantrenneinrichtung 12 an deren Stoffgemischeingang 13 in dampfförmiger Form zugeführt, d. h. diese dortige Membrantrenneinrichtung 12 wird wieder nach dem Prinzip der Dampfpermeation betrieben. Der Aufbau der Vorrichtung 10 gem. Fig. 4 unterscheidet sich vom Aufbau der Vorrichtung gem. Fig. 2 dadurch, daß die Membrantrenneinrichtung 12 und die Absorptionsein richtung 18 in einem gemeinsamen geschlossenen Volumen bzw. Gehäuse 32 angeordnet sind. Das am Retentatausgang 15 der Membrantrenneinrichtung 12 austretende Permeat 16 kann somit ohne den "Umweg" über eine Verbindungslei tung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, direkt in die Absorptionseinrichtung 18 gelangen. Der Aufbau der Vorrichtung gem. Fig. 4 zeigt gegenüber dem Aufbau der Vorrichtung gem. den Fig. 2 und 3 den Vorteil, daß dieser Aufbau geringere Druckverluste zeigt, da beide wesentlichen Vorrichtungskomponenten, nämlich die Absorptionseinrichtung 18 und die Membrantrenneinrich tung 12, gemeinsam in dem Volumen bzw. dem Gehäuse 32 aufgenommen werden. Durch den Wegfall der Gehäuse jeweils für die Membrantrenneinrichtung 12 bzw. die Absorptionseinrichtung 18, wie in der Vorrichtung 10 gem. Fig. 2, kann die Vorrichtung 10 gem. Fig. 4 darüber hinaus auch sehr viel kostengünstiger hergestellt werden als die gesonderte Gehäuse verlangende Vorrichtung 10 gem. Fig. 2.

Die Vorrichtung 10 gem. Fig. 5 entspricht vom grund sätzlichen Aufbau der Vorrichtung 10 gem. Fig. 3, d. h. auch diese wird vorzugsweise nach dem Prinzip der Pervaporation betrieben und das die Vorrichtung 10 verlassende Retentat 14 wird nicht als Wärmeaustausch medium für die Wärmeaustauscheinrichtung 31 der Desorp tionseinrichtung 24 herangezogen. In bezug auf das gemeinsame Volumen bzw. Gehäuse 32 für die Membran trenneinrichtung 12 sowie die Absorptionseinrichtung 18 entspricht die Vorrichtung 10 gem. Fig. 5 in bezug auf die Vorrichtungskomponenten dem Aufbau gemäß dem der Fig. 4, ansonsten der Vorrichtung 10 gem. Fig. 3.

In allen Ausgestaltungen der Vorrichtung 10 gem. den Fig. 2 bis 5 wird der zweite Auslaß 28 der Desorp tionseinrichtung über eine Wärmeaustauscheinrichtung 36 geleitet, die für eine geeignete Verflüssigung des aus den Vorrichtungen 10 austretenden Permeats 16 sorgt. Das dafür notwendige Wärmeaustauschmedium wird von außen zugeführt.

Bezugszeichenliste

10

Vorrichtung

11

Stoffgemisch

12

Membrantrenneinrichtung

13

Stoffgemischeingang

14

Retentat

15

Retentatausgang

16

Permeat

17

Permeatausgang

18

Absorptionseinrichtung

19

Absorptionsmittel

20

erster Einlaß (Permeat)

21

zweiter Einlaß (Absorptionsmittel)

22

erster Auslaß (Permeat)

23

zweiter Auslaß (Absorptionsmittel)

24

Desorptionseinrichtung

25

erster Einlaß (Absorptionsmittel)

26

zweiter Einlaß (Retentatwärmeaustauschmittel)

27

erster Auslaß (desorbiertes Absorptionsmittel)

28

zweiter Auslaß (Permeat)

29

Verbindungsleitung

30

Wärmeaustauscheinrichtung

31

Wärmeaustauscheinrichtung

32

Gehäuse/geschlossenes Volumen

33

Kühleinrichtung/Kondensationseinrichtung

34

Vakuumpumpe

35

Wärmeaustauscheinrichtung

36

Wärmeaustauscheinrichtung

Claims

1. Verfahren zur Trennung flüssiger oder gasförmiger Stoffgemische mittels einer nach dem Prinzip der Perva poration oder der Dampfpermeation betriebenen Membran trenneinrichtung, wobei auf diese das zu trennende Stoffgemisch gegeben wird, welches mittels der Membran trenneinrichtung in ein Retentat und in ein Permeat getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Permeat mit einem Absorptionsmittel in Kontakt gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmittel hygroskopische Eigenschaften aufweist.

3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmittel Lithiumbromid ist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung aus Permeat und Absorptionsmittel bis in den Bereich der Kristallisationstemperatur aufkonzentriert wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch aus Permeat und Absorptionsmittel ein Inhibitor zugesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Inhibitor Li₂CrO₂ und/oder LiNO₃ und/oder Li₂MoO₂ eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Absorptionsmittel Octylalkohol zugesetzt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das aus Permeat und dem Absorptionsmittel bestehende Gemisch zur Trennung der Gemischkomponenten desorbiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Desorption nötige Energie dem Retentat strom entnommen wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionslösung bei ihrem Inkontaktbringen mit dem Permeat temperatur erniedrigt wird.

11. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Desorption aufkonzentrierte Absorptionsmittel erneut dem Permeat als Absorptionsmittel zugeführt wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Desorption nötige Energie als Fremdenergie von außen zugeführt wird.

13. Vorrichtung zur Trennung flüssiger oder gasförmiger Stoffgemische mittels einer nach dem Prinzip der Perva poration oder der Dampfpermeation betriebenen Membran trenneinrichtung, wobei auf diese das zu trennende Stoffgemisch gegeben wird, welches mittels der Membran einrichtung in ein Retentat und ein Permeat getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Permeatausgang (17) der Membrantrenneinrichtung (12) mit einem Einlaß (20) einer Absorptionseinrichtung (18) verbunden ist, wobei das in der Absorptionseinrichtung (18) aufbereite te Permeat (16) zur weiteren Verwendung über einen Auslaß (22) der Absorptionseinrichtung (18) aus dieser abführbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß die Absorptionseinrichtung (18) einen zweiten Ausgang (23) für das flüssige Absorptionsmittel (19) aufweist, der mit einem ersten Einlaß (25) einer Desorp tionseinrichtung (24) verbunden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß die Desorptionseinrichtung (24) einen ersten Auslaß (27) für das desorbierte Absorptionsmittel (19) aufweist, wobei der erste Auslaß (27) mit einem zweiten Einlaß (21) der Absorptionseinrichtung (18) verbunden ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß in die Verbindung (29) zwischen erstem Auslaß (22) der Desorptionseinrichtung (24) und dem zweiten Einlaß (26) der Absorptionseinrichtung (18) eine Wärme tauscheinrichtung (30) geschaltet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich net, daß die Wärmeaustauscheinrichtung (30) mittels des von der Absorptionseinrichtung (18) zur Desorptionsein richtung (24) geführten flüssigen Absorptionsmittels (19) als Wärmeaustauschmedium beaufschlagt wird.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Retentataus gang (15) der Membrantrenneinrichtung (12) mit einer in der Desorptionseinrichtung (24) angeordneten Wärme tauscheinrichtung (31) verbunden ist, wobei das Retentat (14) das Wärmeaustauschmedium darstellt.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in der Desorp tionseinrichtung (24) eine fremdmittelbetriebene Wärme austauscheinrichtung (31) angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran trenneinrichtung (12) und die Absorptionseinrichtung (18) in einem Gehäuse (32) angeordnet sind.