RENEWBILITY „Stoffstromanalyse nachhaltige Mobilität im Kontext ...

Institut für Verkehrsforschung
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Gaskonditionierung
Nach der Gasreinigung erfolgt zur Wasserstoffanreicherung die Gaskonditionierung.
Das gereinigte Gas kann einen beachtlichen Anteil von Methan und anderen leichten
Kohlenwasserstoffen haben, die den Heizwert steigern. Über eine optionale sog.
Dampfreformierung können diese Komponenten zu CO und H2 aufgespalten werden.
Die gleichfalls angewandte autotherme Reformierung kombiniert die
Dampfreformierung mit einer selbstständigen Prozesswärme-Bereitstellung über
partielle Oxidation eines Teilstromes des zu reformierenden Gases.
� Dampfreformierung. Bei der stark endothermen Dampfreformierung werden die
Kohlenwasserstoffe zusammen mit H2O-Dampf in einem Dampf-zu-Kohlenstoff-
Verhältnis von 2,5 bis 3,5 an einem Katalysator (Nickel-Aluminium oder
Edelmetalle auf einem Trägermaterial) bei Temperaturen von etwa
800 bis 900 °C und einem Druckniveau von 26 bis 40 bar umgesetzt /5//13/.
Dabei wird das zu reformierende Kreislaufgas mit Prozessdampf gemischt,
vorgewärmt und gleichmäßig über die Rohre des Reformers verteilt. Bei der
Methanreformierung hängt die Zusammensetzung des Produktgases von dem
Dampf-zu-Kohlenstoff-Verhältnis, der Gasqualität am Reformereintritt sowie der
Temperatur am Reformeraustritt ab; die typische Zusammensetzung liegt bei H2
(70 bis 75 Vol.%), CO (8 bis 18 Vol.%), CO2 (10 bis 12 Vol.%) and CH4
(2 bis 5 Vol.%) /13/.
� Autotherme Reformierung. Der Prozess der autothermen Reformierung ist in
seiner Reaktionskinetik dem der Dampfreformierung gleich bzw. in seinem
Verfahrensablauf ähnlich. Die Technologie der Wärmebereitstellung wird durch
eine interne partielle Oxidation des Kreislaufgases mit Sauerstoff oder Luft als
exothermer Reaktionsablauf realisiert. Die Prozessparameter sind für den
Druckbereich mit bis zu 70 bar angegeben, die Reformeraustrittstemperatur
liegt bei 800 bis 1.100 °C. Das produzierte Gas hat jedoch ein vergleichsweise
geringeres H2/CO-Verhältnis.
Eine exotherme Wasser-Gas-Shift-Reaktion erfolgt im Anschluss an die optionale
Reformierung kurzkettiger Kohlenwasserstoffe zur weiteren Steigerung des
Wasserstoffgehaltes. Hierzu wird ein Teil des CO mit H2O-Dampf zu H2 und CO2
konvertiert. Dies wird im Regelfall durch ein zweistufiges Shiftsystem, bestehend aus
einem Hochtemperatur-Shift (350 °C, Eisen-Chrom-basierter Katalysator, CO-
Konversionsraten von 80 bis 90 %) und einem Niedertemperatur-Shift (190 bis 210 °C,
Kupfer-basierter Katalysator), realisiert /16/. Dabei werden ca. 90 bis 97 % des CO aus
dem Reformer zu CO2 umgesetzt /5/. Alternativ dazu kann ebenso ein einstufiger sog.
Mitteltemperatur-Shift zum Einsatz kommen /15/. Aufgrund des einfachen Aufbaus der
Shift-Reaktoren sind die aufzubringenden Investitionskosten vergleichsweise sehr
niedrig.
Endbericht, Teil 1
Dezember 2009