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FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR KERAMISCHE TECHNOLOGIEN UND SYSTEME IKTS MEMBRANREAKTOR ZUR METHANOLSYNTHESE Membranreaktoren Viele chemische Prozesse sind kinetisch oder thermodynamisch limitiert. So ge- nannte Membranreaktoren ermöglichen eine Verschiebung des chemischen Gleich- gewichts und somit auch eine Erhöhung von Selektivität und Ausbeute durch eine gezielte Dosierung von Edukten oder eine Abtrennung von Reaktionsprodukten. Diese Prinzipien sind in der Industrie bekannt, allerdings noch nicht etabliert. Unter Ein- satz anorganischer Membranen, welche den harschen Bedingungen vieler chemi- scher Reaktionen widerstehen können (z. B. p, T), wurde nun ein Verfahren zur Methanolsynthese durch Hydrierung von Kohlenstoffdioxid für den Einsatz in Mem- branreaktoren entwickelt. Aktuelle Forschung Das Fraunhofer IKTS und die MUW Screen- tec GmbH entwickeln gemeinsam die Technologien, um solche Membranreakto- ren implementieren zu können. Speziell für die Methanolsynthese zeigen Modellierun- gen einen deutlichen Anstieg der CH3OH- Ausbeute bei Anwendung eines Membran- reaktors. Selektive kohlenstoffbasierte Membranen können die CH3OH-Ausbeute durch eine Abtrennung des Nebenproduk- tes Wasser erhöhen. Das IKTS entwickelt die Membranen, Kata- lysatoren und Prozessparameter. MUW plant und konstruiert Reaktoren für ver- schiedene Membrangeometrien. Ausge- hend von Standardgeometrien (105 mm lang, AD ~10 mm, ID ~7 mm, beidseitig offen, innenbeschichtet: IB) werden Strate- gien erarbeitet, um u. a. die Membran- fläche zu optimieren und die Druckstabilität zu erhöhen. Ein Ergebnis dieser Entwick- lungsarbeit ist ein Membranreaktor, wel- cher bis 100 bar und für einseitig verschlos- sene außenbeschichtete Membranen (AB) ausgelegt und somit für die Methanolsyn- these bestens geeignet ist. Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS Michael-Faraday-Str. 1 07629 Hermsdorf Ansprechpartner Dr. Jörg Richter Telefon 036601 9301-2327 [email protected] www.ikts.fraunhofer.de 1 Verschiedene Membrantypen. 2 Katalysatoren für die CH3OH-Synthese. 3 Zeichnung Membranreaktor (IB). 4 Membran und Reaktorkörper (IB). 5 Laboranlage zur Charakterisierung von Membranreaktoren. 6 Zeichnung Membranreaktor (AB). 1 3 2

MEMBRANREAKTOR ZUR METHANOLSYNTHESE2 ......2018/06/05  · Das Fraunhofer IKTS und die MUW Screen-tec GmbH entwickeln gemeinsam die Technologien, um solche Membranreakto-ren implementieren

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F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R K E R A M I S C H E T E C H N O L O G I E N U N D S Y S T E M E I K T S

MEMBRANREAKTOR ZUR METHANOLSYNTHESE

Membranreaktoren

Viele chemische Prozesse sind kinetisch

oder thermodynamisch limitiert. So ge-

nannte Membranreaktoren ermöglichen

eine Verschiebung des chemischen Gleich-

gewichts und somit auch eine Erhöhung

von Selektivität und Ausbeute durch eine

gezielte Dosierung von Edukten oder eine

Abtrennung von Reaktionsprodukten. Diese

Prinzipien sind in der Industrie bekannt,

allerdings noch nicht etabliert. Unter Ein-

satz anorganischer Membranen, welche

den harschen Bedingungen vieler chemi-

scher Reaktionen widerstehen können

(z. B. p, T), wurde nun ein Verfahren zur

Methanolsynthese durch Hydrierung von

Kohlenstoffdioxid für den Einsatz in Mem-

branreaktoren entwickelt.

Aktuelle Forschung

Das Fraunhofer IKTS und die MUW Screen-

tec GmbH entwickeln gemeinsam die

Technologien, um solche Membranreakto-

ren implementieren zu können. Speziell für

die Methanolsynthese zeigen Modellierun-

gen einen deutlichen Anstieg der CH3OH-

Ausbeute bei Anwendung eines Membran-

reaktors. Selektive kohlenstoffbasierte

Membranen können die CH3OH-Ausbeute

durch eine Abtrennung des Nebenproduk-

tes Wasser erhöhen.

Das IKTS entwickelt die Membranen, Kata-

lysatoren und Prozessparameter. MUW

plant und konstruiert Reaktoren für ver-

schiedene Membrangeometrien. Ausge-

hend von Standardgeometrien (105 mm

lang, AD ~10 mm, ID ~7 mm, beidseitig

offen, innenbeschichtet: IB) werden Strate-

gien erarbeitet, um u. a. die Membran-

fläche zu optimieren und die Druckstabilität

zu erhöhen. Ein Ergebnis dieser Entwick-

lungsarbeit ist ein Membranreaktor, wel-

cher bis 100 bar und für einseitig verschlos-

sene außenbeschichtete Membranen (AB)

ausgelegt und somit für die Methanolsyn-

these bestens geeignet ist.

Fraunhofer-Institut für Keramische

Technologien und Systeme IKTS

Michael-Faraday-Str. 1

07629 Hermsdorf

Ansprechpartner

Dr. Jörg Richter

Telefon 036601 9301-2327

[email protected]

www.ikts.fraunhofer.de

1 Verschiedene Membrantypen.

2 Katalysatoren für die CH3OH-Synthese.

3 Zeichnung Membranreaktor (IB).

4 Membran und Reaktorkörper (IB).

5 Laboranlage zur Charakterisierung von

Membranreaktoren.

6 Zeichnung Membranreaktor (AB).

1 3 2

F R A U N H O F E R I N S T I T U T E F O R C E R A M I C T E C H N O L O G I E S A N D S Y S T E M S I K T S

MEMBRANE REACTOR FOR SYNTHESIS OF METHANOL

Membrane reactors

Many chemical processes are limited either

by reaction kinetics or by thermodynamics.

So-called membrane reactors enable a shift

of the chemical equilibrium and therefore

the enhancement of selectivity and yield via

directed dosing of reactants or separation

of certain reaction products. These princi-

ples are well known, but not established in

industry so far. By applying inorganic

membranes, which can tolerate the harsh

conditions of many chemical reactions (e.g.

pressure, temperature), a process for the

synthesis of methanol by hydrogenation of

carbon dioxide in a membrane reactor has

been developed.

Current research

Fraunhofer IKTS and MUW Screentec

GmbH jointly develop the technologies for

implementing such membrane reactor

systems. Especially for the synthesis of

CH3OH, modelling shows an extraordinary

increase of the CH3OH product yield by

applying a membrane reactor. Selective

C-based membranes are able to increase

the CH3OH-yield by in-situ removal of the

reaction-by-product water.

Amongst others, IKTS develops the mem-

branes, catalysts and the process parame-

ters while MUW plans and constructs the

reactor bodies for different membrane

geometries. Starting from standard geo-

metries (105 mm length, outer diameter

~10 mm, inner diameter ~7 mm, both

sides open, coated inside: IB) strategies are

developed in order to optimize the active

membrane area and to further increase the

pressure stability. One result of this devel-

opment cooperation is a membrane reactor

that is designed for 100 bar and one-side-

closed outside-coated membranes (AB).

These features perfectly match the condi-

tions required for the synthesis of

methanol.

1 Different types of membranes.

2 Catalysts for the synthesis of CH3OH.

3 Scheme of a membrane reactor (IB).

4 Membrane and reactor body (IB).

5 Laboratory equipment for the

characterization of membrane reactors.

6 Scheme of a membrane reactor (AB).

Fraunhofer Institute for Ceramic

Technologies and Systems IKTS

Michael-Faraday-Str. 1

07629 Hermsdorf, Germany

Contact

Dr. Jörg Richter

Phone +49 36601 9301-2327

[email protected]

www.ikts.fraunhofer.de

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723-W-18-6-7