80 Procent energiebesparing door inzet van membranen

Titel	:	80 Procent energiebesparing door inzet van membranen
Publicatie datum:	:	december 2005
Trefwoorden:	:	Pervaporatie, silica membraan, methanolseparatie, afscheiding
Zie ook:	:	http://www.ecn.nl/library/reports/2005/rx05135.html

Steeds meer industrieën herkennen de mogelijkheid om met geavanceerde scheidingstechnieken energie te besparen én het milieu te sparen. De meeste potentie hiertoe heeft de membraantechniek pervaporatie. Keramische membranen voor ontwatering van organische processtromen zijn nu zo ver ontwikkeld dat gestart is met demonstratie in de procesindustrie en met commerciële marktintroductie. Door het inzetten van pervaporatie, het doorlaten van een bepaalde stof door een membraan, kan de chemische procesindustrie tot 80 procent besparen op energie ten opzichte van destillatie.

Onderzoekers van het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) hebben keramische membranen ontwikkeld van een specifiek gemodificeerd silica materiaal. Dit membraan is met een membraanoppervlak van één vierkante meter getest op de mogelijkheden van methanolseparatie van organische oplossingen. De toepassingen zijn echter ruimer want de membranen kunnen ook water verwijderen uit mengsels met organische componenten. Vooral als er sprake is van een azeotropisch mengsel (een mengsel van vloeistoffen waarvan de damp dezelfde samenstelling heeft als de vloeistof, waardoor (verdere) scheiding door één-staps destillatie onmogelijk is) wordt dit proces zeer attractief in vergelijking met destillatie. Schematisch overzicht van de inzet van keramische membranen bij een hybride destillatie/pervaporatie. Pervaporatie is een membraanproces dat de verdamping van vluchtige componenten uit een mengsel van stoffen combineert met het transport van deze componenten door een selectief membraan heen. Het pervaporatieproces is energiezuiniger dan het huidige productieproces omdat de fasescheiding (overgang van vloeistof naar damp) selectief voor maar één component uit het mengsel gebeurt. Als pervaporatie het hele proces vervangt, kan de energiebesparing tot 80 procent bedragen ten opzichte van destillatie. Bedrijven kunnen pervaporatie toepassen om relatief kleine hoeveelheden water en/of methanol te verwijderen uit organische processtromen. De meeste toepassingen voor pervaporatie zijn te vinden in de (petro-) chemische-, voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie. De grootschalige toepassingen met bijbehorende energiebesparingen zijn te vinden in de productie van chemicaliën, in chemische reacties -om het proces te sturen of te beïnvloeden- of in de opwerking van recycle- en afvalstromen. Daarnaast levert het gebruik van pervaporatie minder milieubelasting op. Henk van Veen, projectleider bij ECN: "Met onze samenwerkingspartners, Akzo Nobel, Cytec, Purac, Quest, Unichema en Lyondell, hebben we belangrijke bedrijven bij elkaar die gebruik kunnen maken van de silica membranen voor methanolafscheiding. Samen met hen -én de Universiteit Delft als kennisontwikkelaar en Sulzer Chemtech als potentiële membraanfabrikant- hebben we gekeken naar de kwaliteit van het membraan alsmede de benodigde investeringen en terugverdientijd. Zeer extreme omstandigheden kan het membraan nog niet aan: temperaturen boven de 250°C en een zuurgraad van pH=1 is niet te doen. De benodigde investering is veelal hoger dan de aankoop van een destillatiesysteem, echter door de energiebesparing ligt de terugverdientijd van het pervaporatiesysteem tussen één en twee jaar. We verwachten een marktintroductie van een gemoduleerd membraansysteem binnen vijf jaar." Bedrijven passen momenteel pervaporatie op basis van polymeer membranen al op industriële schaal toe, voor het ontwateren van organische stromen (hydrofiele pervaporatie) en het scheiden van azeotropische mengsels die met conventionele destillatie niet verder kunnen worden opgewerkt. De keramische membranen zijn tot dusver alleen getest op laboratorium- en pilot-schaal. De onderzoeksresultaten zijn nu beschikbaar om een definitieve keuze te maken voor het toepassen op industriële schaal. Zo is nu informatie beschikbaar over de membraaneigenschappen zoals flow en selectiviteit als functie van procesparameters zoals procestijd, vacuümdruk, en temperatuur. Het project is mede gefinancierd door het Economie, Ecologie & Technologie (EET)-programma, een gezamenlijk initiatief van de Ministeries van Economische Zaken, Onderwijs, Cultuur en Wetenschappen en Volksgezondheid, Ruimtelijke Ordening en Milieu. Contact: Paul Pex ECN Energie Efficiency in de Industrie Tel. 0224 - 56 4640 pex@ecn.nl