Untersuchung des Methanol-Crossovers in Nafion®- Membranen für Direkt-Methanol-Brennstoffzellen

fluss auf die Anlagenverfügbarkeit hat.Oft beruhen ungeplante Anlagenstill-stände auf Pumpenstörungen, da nurwenige Aggregate kontinuierlich über-wacht werden [1]. Zustandsinformatio-nen resultieren aus nicht-standardisier-ten Lösungen, deren Einbindung in dieProzessleittechnik aufwändig ist.

Methoden zur Störungsfrüherken-nung von Pumpen (z. B. die Schwin-gungsdiagnostik) sind bekannt undwerden zunehmend publiziert [2]. Anla-genbetreiber fordern in diesem Zusam-menhang – neben Diagnoseinformatio-

nen – die Abbildung auf standardisierteFormate.

Das PI-Profil standardisiert neben Ba-sisfunktionen (Identifikation, Regelung,etc.) umfangreiche Zustandsinformatio-nen (wie Lagerschäden, Blockade, Time-Outs, u. v. m.) und Informationen überdie Abnutzung auf Basis des vergange-nen (Abnutzungsvorrat) und aktuellenBetriebs und es spezifiziert zukünftigesBetriebsverhalten. Des Weiteren spezifi-ziert es die konfigurierbare Abbildungder Diagnoseinformationen auf denNE107-Standard. Im Kommunikations-

profil erfolgt die Spezifikation der Kom-munikationseigenschaften einer Pumpe.

Kommunikationsfähige Pumpen mitstandardisierten Zustandsinformationenerschließen Asset Management Applika-tionen ein wesentliches Anlagen-Assetin der Prozessindustrie.

[1] J. Müller, M. Gote, R. Schuhmann,Pumpenworkshop NAMUR-Hauptsitzung2006.

[2] PROCESS-Seminar Störungsfrüherken-nung bei Kompressoren, Pumpen undArmaturen, Würzburg, 28./29.09.2006.

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Alkylierung von Isobutan mit 2-Buten mittels modifizierterhochacider ionischer FlüssigkeitenM. Sc. T. L. T. Bui1), Dr. W. Korth1) (E-Mail: wolfgang.korth@uni-bayreuth.de), Prof.-Dr. A. Jess1)

1)Universität Bayreuth, Lehrstuhl für chemische Verfahrenstechnik, Universitätsstraße 30, D-95440 Bayreuth

DOI: 10.1002/cite.200750349

Der Produktion von umweltfreundli-chen Treibstoffen ist in den letzten Jah-ren zunehmende Aufmerksamkeit ge-widmet worden. Von den verschiedenenKomponenten, die als umweltschonen-de und möglichst hochoktanige Beimi-schungen für Benzine geeignet erschei-nen, bietet sich vor allem Alkylatbenzinan, da es sich durch eine hohe Oktan-zahl und einen geringen Dampfdruckauszeichnet, weder Aromaten noch Ole-fine enhält und praktisch schwefelfreiist [1].

In der Industrie haben sich für die Al-kylierung Schwefelsäure und Flusssäureals Katalysatoren durchgesetzt. BeideSäuren bringen aber wegen ihrer hohenToxizität (HF) und umweltschädlichenAuswirkungen erhebliche Probleme mitsich.

Ionische Flüssigkeiten (ILs) könnendiesbezüglich eine Alternative zu den bis-her verwendeten Katalysatoren sein. Fürdie Alkylierung erscheinen daher beson-ders hochacide ILs basierend auf Halo-genoaluminatanionen als viel verspre-chend, da ihre Acidität auf einfacheWeise verändert werden kann. Die Alky-lierung von Isobutan mit 2-Buten mittelsder IL-Systeme [OMIM]Br/Aluminium-chlorid bzw. [Et3NH]Cl/Aluminium-chlorid diente als Modellreaktion. DieReaktion wurde hinsichtlich der Zusam-mensetzung des Katalysators, der Tempe-ratur und der Durchmischungszeit sowiedes molaren Verhältnisses von Katalysa-tor zu Olefin untersucht. Um die kataly-tische Wirksamkeit der IL-Systeme zuerhöhen, wurden verschiedene Additive(z. B. Wasser, Übergangsmetallhalogeni-

de) zugesetzt, die die Acidität derSchmelzen ebenfalls beeinflussen.

Die Untersuchungen zeigen, dass Ge-halte an Zielprodukten (Trimethylpen-tane) von 64 Gew.-% verbunden mitRON-Werten von 96 erzielt werden kön-nen. Diese Ergebnisse sind mit der kata-lytischen Leistung der technisch genutz-ten Schwefelsäure vergleichbar. Es hatsich gezeigt, dass die Reaktion bei Tem-peraturen in einem Bereich von –10 bis–5 °C die besten Ergebnisse (Trimethyl-pentane, Oktanzahl) liefert. In Rezyklie-rungsversuchen konnte zudem gezeigtwerden, dass die IL-Katalysatoren nurgeringfügig an Aktivität verlieren.

[1] J. Weitkamp, Y. Traa, Catal. Today 1999,49, 193.

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Untersuchung des Methanol-Crossovers in Nafion®-Membranen für Direkt-Methanol-BrennstoffzellenDipl.-Ing. P. Scharfer1) (E-Mail: scharfer@tvt.uni-karlsruhe.de), Dr.-Ing. W. Schabel1), Prof. Dr.-Ing. M. Kind1)

1)Institut für Thermische Verfahrenstechnik, Universität Karlsruhe (TH), D-76128 Karlsruhe

DOI: 10.1002/cite.200750094

Die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle(DMFC) ist eine – vor allem für mobileApplikationen – viel versprechendeBrennstoffzellentechnologie. Der elek-

trische Wirkungsgrad solcher DMFCsliegt allerdings mit etwa 40 % zurzeitnoch deutlich unter dem von Wasser-stoff-Brennstoffzellen. Dies liegt haupt-

sächlich an der unerwünschten Permea-tion des Brennstoffs Methanol durchdie protonenleitende Polymermembrander DMFC (Methanol-Crossover). Ziel

1490 Chemie Ingenieur Technik 2007, 79, No. 9Prozessintensivierung

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weltweiter Forschungsanstrengungenist eine Verringerung der Wirkungs-gradverluste durch Methanol-Crossover,entweder durch Modifikation vorhande-ner oder durch die Entwicklung neu-artiger Membranmaterialien. Mit einermodellhaften Beschreibung der Stoff-transportvorgänge im Inneren solcherPolymermembranen lässt sich der expe-rimentelle Aufwand bei der Optimie-rung entscheidend reduzieren.

In der vorgestellten Arbeit wird nebendem Einfluss der äußeren Randbedin-

gungen wie Temperatur, Überströmungund Alkoholkonzentration erstmalsauch der Einfluss des Protonentrans-ports auf die Konzentrationsprofile vonWasser und Alkohol in Nafion®-Memb-ranen experimentell untersucht. Dafürwerden die Konzentrationsprofile beiunterschiedlichen Lastfällen in einerspeziell präparierten „offenen“ DMFCmit Hilfe der konfokalen Mikro-Raman-Spektroskopie gemessen.

Aus dem Vergleich der gemessenenKonzentrationsprofile mit den Ergeb-

nissen von Simulationsrechnungenkönnen neue Erkenntnisse über dieStofftransporteigenschaften und dasPhasengleichgewichtsverhalten vonBrennstoffzellenmembranen gewonnenwerden. Auf Basis eines umfassendenVerständnisses aller relevanten Einfluss-parameter können dann Ansätze zurSteigerung des Wirkungsgrades vonDirekt-Methanol-Brennstoffzellen ge-funden werden.

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Einsatzmöglichkeiten von miniaturisierten Reaktoren amBeispiel des HPMR 100-384Dr.-Ing. A. Allwardt1) (E-Mail: arne.allwardt@uni-rostock.de), Dr.-Ing. S. Holzmüller-Laue1), Dr. rer. nat. C. Wendler1), Prof. Dr.-Ing. N. Stoll2)

1)celisca, Section Technologies, Friedrich-Barnewitz-Straße 8, D-18119 Rostock2)Institute of Automation, Universität Rostock, Richard-Wagner-Straße 31, D-18119 Rostock

DOI: 10.1002/cite.200750359

Unter Berücksichtigung der aktuellenErfordernisse bezüglich einer kosten-und zeiteffizienten Produktentwicklungist ein stetiger Anstieg der Anforderun-gen an die heute und zukünftig einzu-setzenden Technologien festzustellen.Der Einsatz multivariater Laborautoma-tisierungssysteme ermöglicht es, diesenAnforderungen gerecht zu werden. Diein solchen Systemen eingesetzten Gerä-te zeichnen sich in der Regel durch eineErhöhung der Reaktionen pro Zeitein-heit, einer Reduzierung der Reaktions-volumina unter Berücksichtigung kom-pakter Abmessungen sowie geeigneterDatenschnittstellen aus. Sie müssen va-

riabel in gängige Laborrobotersystemehard- und softwaretechnisch integrier-bar sein.

Der am Center for Life Science Auto-mation entwickelte multiparallele Hoch-druckreaktor HPMR 100-384 ermöglichtdie zeitgleiche Durchführung von bis zu384 Gasreaktionen in einer Mikrotiter-platte unter Reaktionsgasdrücken vonbis zu 100 bar und Temperaturen im Be-reich von 0 – 100 °C. Die Durchmi-schung der Reagenzien erfolgt mittelsmagnetisch angetriebener Rührschei-ben. Zur Steuerung kann ein lokalesLeitsystem verwendet werden; die Ein-bindung in ein Laborroboterleitsystem

oder die Anbindung in ein LIMS sindebenfalls möglich.

Der Einsatz einer Mikrotiterplatte, diemit Hilfe einer Noppenmatte gasdichtverschlossen werden kann, ermöglichtdas Arbeiten mit Reaktionsvolumina imzweistelligen lL-Bereich, selbst unterGewährleistung von Inertgasbedingun-gen. Der Gasaustausch erfolgt mit Hilfeeines flexiblen Injektionssystems durchdie temporäre Öffnung der in den Nop-pen integrierten Septen.

Mit der Entwicklung des HPMR 100-384 ist es gelungen, ein Reaktionssys-tem zur effizienten Prozessoptimierungzur Verfügung zu stellen.

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Eco-friendly Method for Nitration of AromaticsS. Yada1) (E-Mail: srinivas.yada@ict.fraunhofer.de), S. Loebbecke1), W. Ferstl1), J. Antes1), D. Boskovic1), T. Türcke1), M. Schwarzer1)

1)Fraunhofer ICT, Pfinztal

Prozessintensivierung 1491Chemie Ingenieur Technik 2007, 79, No. 9

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