View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

Ergebnisse und Diskussion
stoff durch den Träger gemäß Kapitel 2.3.3 gesteigert werden. Neben dem schnelleren
Transport im Träger führt eine höhere Porosität auch zu einer höheren offenen und somit
zugänglichen Membranfläche auf der Trägerseite.
jO2 [ml cm -2 s -1 jO2 [ml cm ] -2 min-1 ]
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
20μm R15 Träger sweep
20μm M20 Träger sweep
20μm M30 Träger sweep
1mm bulk
700 750 800 850 900 950 1000 1050
Temperatur [°C]
Abb. 3.30 Sauerstoffpermeation der Membranverbunde mit 20µm Membranschicht und
R15, M20 und M30 Träger. Die Permeationsmessung erfolgte mit dem Träger auf der Sweep-
Seite. Feed-Gas: Luft.
Neben der Trägermikrostruktur hat auch die Einbaurichtung des Trägers eine Wirkung auf
die Sauerstoffpermeation. So zeigen Verbunde mit dem Träger auf der Feed-Seite bei niedrigen
Temperaturen eine geringfügig niedrigere Sauerstoffpermeation als bei Einbau auf der
Sweep-Seite. Bei hohen Temperaturen zeigen dagegen Verbunde mit dem Träger auf der
Sweep-Seite eine höhere Permeation. Dieser Effekt ist in Abb. 3.31 gezeigt.
Hierbei kommt es zu einer Änderung der limitierenden Faktoren mit der Temperatur. Ein Unterschied
in der Gas-Gas Transportgeschwindigkeit auf der Sweep-, bzw. Feed-Seite ist unwahrscheinlich,
da der Unterschied der Gasdiffusionskoeffizienten zu gering ist. Diese wurden
nach der Methode von Fuller-Schettler und Giddings bei 900°C bei 1 bar berechnet und
betragen für Sauerstoff-Luft (Feed-Seite) DO2-Luft=2,23·10 -4 m 2 /s und für Sauerstoff in Argon
(Sweep-Seite) DO2-Argon 2,2·10 -4 m 2 /s [VDI06].
Bei niedrigen Temperaturen ist die Sauerstoffpermeationen bei Trägereinbau auf der Feed-
Seite höher. Diese Abweichung ist möglicherweise auf die höhere geometrische Oberfläche
des Trägers zurückzuführen. Diese führt zu einer Minimierung der Limitierung durch Oberflächentransportvorgänge.
Der Anstieg der Sauerstoffpermeation bei Membraneinbau mit dem
Träger auf der Sweep-Seite weist auf eine Verbesserung des Sauerstoffabtransports durch
den Träger bei höheren Temperaturen hin. Hierzu muss ein, für die Gasphasendiffusion,
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