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Neue Strategien zur stofflichen Verwertung<br />
Unterschiedliche Verfahren zur Reformierung<br />
höherer Kohlenwasserstoffe<br />
Dr.-Ing. Sascha Thomas, Dipl.-Ing. André Herrmann, Dr.-Ing. Eyck Schotte,<br />
Dr.-Ing. Matthias Gohla<br />
Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Magdeburg<br />
Prozess- und Anlagentechnik<br />
Teerreformierung - Syngasherstellung<br />
Autothermer Teerreformer mit<br />
Wabenkatalysator und Selbstabreinigung<br />
FACHSYMPOSIUM<br />
am 26. - 27.02. 2009<br />
in Freiberg
Neue Strategien zur stofflichen Verwertung<br />
Biomasse<br />
Abfallstoffe<br />
Energiewandlung<br />
Thermische Energie<br />
(Heizung/Kühlung für industrielle/gewerbliche<br />
und kommunale Prozesse)<br />
Elektrische Energie<br />
(autarke Energieversorgung von Produktionsprozessen<br />
und/oder Netzeinspeisung)<br />
Prozessentwicklung Anlagentechnik Steuerung und Regelung<br />
FACHSYMPOSIUM<br />
am 26. - 27.02. 2009<br />
in Freiberg
Neue Strategien zur stofflichen Verwertung<br />
Festbrennstoffe (fossile Brennstoffe, Biomasse)<br />
Verbrennung Vergasung Pyrolyse Fermentation<br />
Rauchgas<br />
Kesselanlage<br />
Organic-<br />
Rankine-Cycle<br />
Rohgas KW-Gemisch<br />
Gasreinigung z.B. Filtration, Reformierung<br />
Energetisch: Gasmotor,<br />
Gasturbine, Brennstoffzelle<br />
Synthesegas (CO, H 2 )<br />
Stofflich: Methanolsynthese,<br />
Fischer-Tropsch, Hydrierung<br />
FACHSYMPOSIUM<br />
am 26. - 27.02. 2009<br />
in Freiberg<br />
Biogas
Teerbildung<br />
Neue Strategien zur stofflichen Verwertung<br />
Primäre Teere Alkohole R-OH bi- und trifunktionelle<br />
Ketone R=O Monoaromaten wie Phenole<br />
Aldehyde R<br />
Carbonsre. R<br />
O<br />
HOOH<br />
OH<br />
Sekundäre Teere nichtumgesetzte primäre Teere<br />
alkylierte Mono- und Diaromaten<br />
Tertiäre Teere bei T>800 °C<br />
Benzol, Naphthalin,<br />
Pyren, Benzopyren…<br />
FACHSYMPOSIUM<br />
am 26. - 27.02. 2009<br />
in Freiberg<br />
O<br />
N O O<br />
CO, H 2 ,<br />
CO 2 ,<br />
H 2 O
Neue Strategien zur stofflichen Verwertung<br />
Gaschromatografische Teeranalyse<br />
pA<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
pA<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
FID1 A, (PB220508\KO200508.D)<br />
FID1 A, (PB300508\FI080514.D)<br />
Benzol<br />
Toluol<br />
Xylol Phenol<br />
Xylol<br />
Naphthalin<br />
Acenaphthylen<br />
Fluoren<br />
Phenanthren<br />
Anthracen<br />
Fluoranthen<br />
Pyren<br />
5 10 15 20 25<br />
5 10 15 20 25<br />
Pyren<br />
FACHSYMPOSIUM<br />
am 26. - 27.02. 2009<br />
in Freiberg<br />
Niedrigsiedende Teere<br />
Hochsiedende Teere<br />
Benzo(k)fluoranthen<br />
Benzo(b)fluoranthen<br />
Benzo(a)pyren<br />
Dibenzo(a,h)anthracen<br />
Indeno(1,2,3-cd)pyren<br />
min<br />
min
Neue Strategien zur stofflichen Verwertung<br />
Teergrenzwerte und katalytische Teerreduktion<br />
Verbrennungsmotor<br />
Teergrenzwerte<br />
Gasturbine Methanolsynthese<br />
FACHSYMPOSIUM<br />
am 26. - 27.02. 2009<br />
in Freiberg<br />
NT-BZ HT-BZ<br />
mg/Nm 3 < 50-100 < 5 < 0,1 0 teilweise<br />
Brenngas<br />
Teerumsetzung<br />
Thermische Umsetzung<br />
Katalytische Umsetzung<br />
Steam-Reforming<br />
Partielle Oxidation<br />
Autotherme Reformierung<br />
T>1300 °C, reduziert Anlagenwirkungsgrad<br />
C x H y + x H 2 O x CO + (x+y/2) H 2<br />
C x H y + x/2 O 2 x CO + y/2 H 2<br />
C x H y + (x+y/4) O 2 x CO 2 + y/2 H 2 O<br />
C x H y + x H 2 O x CO + (x+y/2) H 2
Neue Strategien zur stofflichen Verwertung<br />
Brenngasreinigung Fraunhofer IFF/IUSE (Pilotanlagen)<br />
Thermisch-katalytisches Reforming<br />
mit kontinuierlicher Abreinigung<br />
Gasdurchsatz: ca. 100 Nm3 /h<br />
3 Ebenen mit 2x3 Wabenkörper (Ni)<br />
Luft<br />
M<br />
MOV 01<br />
Brenngas-EIN<br />
FACHSYMPOSIUM<br />
am 26. - 27.02. 2009<br />
in Freiberg<br />
MAV<br />
01/02<br />
MAV<br />
03/04<br />
MAV<br />
05/06<br />
N 2<br />
Brenngas-AUS
Neue Strategien zur stofflichen Verwertung<br />
Brenngasreinigung Fraunhofer IFF/IUSE (Pilotanlagen)<br />
a)<br />
Teerbeladung [g/m 3 ]<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
500 600 700 800 900 1000<br />
Katalysatortemperatur [°C]<br />
Teergehalt (g/m3 Teerbeladung i.N. tr [g/m tf)<br />
3 ]<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
10,1<br />
Basisversuche<br />
FACHSYMPOSIUM<br />
am 26. - 27.02. 2009<br />
in Freiberg<br />
3,8<br />
Gaswäscher Reformer ohne<br />
Reformer mit mit<br />
Nachverbrennung<br />
Nachverbrennung<br />
5,7<br />
1,4
Neue Strategien zur stofflichen Verwertung<br />
Laborversuchsanlage Fraunhofer IFF<br />
FACHSYMPOSIUM<br />
am 26. - 27.02. 2009<br />
in Freiberg
Neue Strategien zur stofflichen Verwertung<br />
KW-Reformierung<br />
Methanumsatz [%]<br />
100<br />
98<br />
96<br />
94<br />
92<br />
90<br />
88<br />
86<br />
Methanreformierung, 800 °C, Ni-Katalysator<br />
CH 4 H 2 CO<br />
84<br />
0<br />
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6<br />
Methanvolumenstrom [Nl/min]<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
Molenanteil [%]<br />
b)<br />
Molenanteil von H2 und CO<br />
am Reaktoraustritt [%]<br />
Propanreformierung, Ni-Katalysator<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
FACHSYMPOSIUM<br />
am 26. - 27.02. 2009<br />
in Freiberg<br />
Kohlenmonoxid Wasserstoff<br />
CO H2 700 °C 800 °C 900 °C<br />
2 3 4 2 3 4 2 3 4<br />
Eintrittsmolenanteil C 3H 8 [%]
Neue Strategien zur stofflichen Verwertung<br />
• Reformierung von Kohlenwasserstoffen – Synthesegasproduktion<br />
� stoffliche Nutzung z.B. Methanolsynthese, Fischer-Tropsch, Hydrierungen<br />
� energetische Nutzung z.B. in Gasmotoren oder in Brennstoffzellen<br />
• Wahl der Betriebsbedingungen, der Art der Reformierung und des Sauerstoff-zu-<br />
Wasserdampf-Eduktverhältnisses bestimmen Umsatz und H 2 /CO-Ausbeute<br />
• Autothermer Wabenkat-Reformer mit Selbstabreinigung für Teerumsetzung (FhG-<br />
Entwicklung)<br />
• Laborapparatur zur Untersuchung KW-Reformierung, Entwicklung neuer<br />
Reformierungsverfahren (Fraunhofer IFF)<br />
FACHSYMPOSIUM<br />
am 26. - 27.02. 2009<br />
in Freiberg
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