Entwicklung und Charakterisierung eines metallischen Substrats für ...

Ergebnisse und Diskussion
4.3 In-situ-Membrantests unter Rauchgasdekarbonisierungsbedingungen
Es werden zwei Kurzzeitauslagerungen von 24 h und 330 h und zwei Langzeitauslagerungen
für 1100 h und 1600 h durchgeführt. Die Bedingungen während der Auslagerungen
(Rauchgasmassenfluss im Kanal, SO2-Gehalt, O2-Gehalt, und Temperatur des Rauchgases)
sind im Anhang in den Abb. 1, 2, 3 und 4 dargestellt.
4.3.1 Beeinflussung der Massenflussmessung durch den Wasserdampfanteil
Im Labor wird mit dem Membranprüfstand der Massenfluss durch eine Polymermembran
untersucht. Hierbei befindet sich Umgebungsluft auf der Feedseite. Die N2-Permeation
beträgt bei Umgebungsbedingungen ca. 1/3 der O2-Permeation. Durch die ca. 1000-fach
höhere Wasserpermeabilität im Vergleich zur Gaspermeabilität reichert sich die Luftfeuchtigkeit
im Permeat der Polymermembran an. Wird der Trockenturm vor der Vakuumpumpe
entfernt, zeigt der Absolutdruck vor der Pumpe einzelne Druckspitzen, während
gleichzeitig der Massenfluss einbricht und danach kurzzeitig über den ursprünglichen Wert
steigt (Abb. 4.45).
Als wesentliche Ursache des Effekts wurde die Auskondensation von Wasser an bestimmten
Stellen innerhalb der Vakuumpumpe identifiziert. Dies führt an Engpässen zu einer
kurzzeitigen, vollständigen Blockierung des Gasflusses. Dadurch steigt der Absolutdruck
vor Vakuumpumpe an und der Massenfluss bricht ein. Sobald sich der Wassertropfen
gelöst hat, kann das Gas wieder ungehindert strömen. Da aber während der Blockierung
weiterhin Gas durch die Polymermembran nachströmt, kommt es durch den Abbau
des Überdrucks zu einem kurzzeitig erhöhten Massenfluss. Des Weiteren ist der Gasfluss
durch eine Polymermembran stark temperaturabhängig. Selbst vergleichsweise geringe
Schwankungen der Umgebungstemperatur im Bereich von ±5 ℃ führen zu einer deutlich
nachweisbaren Änderung der Permeationswerte, wie in Abb. 4.45 gut zu erkennen ist.
Im Laborbetrieb mit Luft kann durch den Trockenturm der Wassergehalt in einem ausreichenden
Maße herabgesetzt werden, wodurch die Auskondensation von Wasser in der
Vakuumpumpe zuverlässig vermieden wird. Die Absolutdruckspitzen und die Massenflussspitzen
sind dann nicht mehr zu sehen (Abb. 4.46). Im Permeat des Rauchgases liegt der
Wassergehalt mit 30 g/Tag bis 50 g/Tag deutlich höher als in dem Permeat der Umgebungsluft
(ca. 1 g/Tag bis 2 g/Tag). Diese Wassermenge kann nicht vollständig durch den
Trockenturm herausgefiltert werden, wodurch es trotzdem zu kurzzeitigen Blockierungen
des Gasflusses in der Vakuumpumpe während der Messung kommt. Damit der Kurvenverlauf
des Massenflusses besser erkennbar ist, wird über die Messwerte der kontinuierlichen
Massenflussmessungen ein Mittelwert über 2 h gebildet.
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