Im Mittelpunkt der Gastrennung mittels Membrantechnologie steht eine Membran, in der die Gastrennung erfolgt. Moderne Gastrennungsmembran ist keine ebene Platte oder Folie, sondern eine hohle Faser.
Für die Membran-Gastrennungstechnologie wird moderne Hohlfasermembran eingesetzt, die aus einem porösen polymeren Stoff besteht, auf dessen Außenfläche eine Gastrennungsschicht eingetragen ist. Der poröse Stoff hat eine zusammengesetzte asymmetrische Struktur, die Dichte des Polymers wächst zur Außenfläche der Faser hin. Der Einsatz von porösen Trägern mit einer asymmetrischen Struktur ermöglicht die Zerlegung der Gase bei hohen Drücken (bis 6,5 MPa).
Maximale Dicke der Gastrennungsschicht der Faser beträgt 0,1 μm, damit wird hohe spezifische Permeabilität von Gasen durch eine Polymermembran gewährleistet. Der gegenwärtige Stand der Technik ermöglicht die Herstellung von Polymeren, die über hohe Selektivität bei der Trennung von verschiedenen Gasen verfügen, was dementsprechend hohe Reinheit der gasförmigen Produkte sichert. Ein modernes Membranmodul, das in der Membran-Gastrennungstechnologie eingesetzt wird, besteht aus einer austauschbaren Membranpatrone und einem Gehäuse. Die Packungsdichte der Faser in der Patrone beträgt 3000—3500 Quadratmeter Faser pro ein Kubikmeter Patrone, damit werden die Abmessungen von Gaszerlegungsanlagen minimiert.
Schematische Darstellung einer Gastrennungspatrone
Das Gehäuse des Moduls ist mit einem Stutzen für einströmendes Anfangs-Gasgemisch und zwei Stutzen für den Austritt von abgetrennten Komponenten versehen.
Die Trennung des Gemisches mittels Membrantechnologie erfolgt aufgrund der Differenz zwischen Partialdrücken an der Innenfläche und Außenfläche der Membran. Die Gase, die durch Polymer-Membran „schnell“ durchdringen (zum Beispiel H2, CO2, O2, Wasserdampf, höhere Kohlenwasserstoffe), dringen in die Faser ein und treten aus der Membranpatrone durch einen der Ausgangsstutzen. Die Gase, die durch Membran „langsam“ durchdringen (zum Beispiel CO, N2, CH4), werden aus dem Membranmodul durch den zweiten Ausgangsstutzen abgeleitet.
| Durchdringungsgeschwindigkeit der Gase durch Membranstoff |
|---|
| Schnelle Gase | Langsame Gase |
 |
| H2O | He | H2 | NH3 | CO2 | O2 | CO | Ar | N2 | CH4 | C2H6 | C3H8 |
