Unterschiedliche Verfahren zur Reformierung höherer Kohlenwasserstoffe

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1 Unterschiedliche Verfahren zur Reformierung höherer Kohlenwasserstoffe Dr.-Ing. Sascha Thomas, Dipl.-Ing. André Herrmann, Dr.-Ing. Eyck Schotte, Dr.-Ing. Matthias Gohla Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Magdeburg Prozess- und Anlagentechnik Teerreformierung - Syngasherstellung Autothermer Teerreformer mit Wabenkatalysator und Selbstabreinigung

2 Biomasse Abfallstoffe Energiewandlung Thermische Energie (Heizung/Kühlung für industrielle/gewerbliche und kommunale Prozesse) Elektrische Energie (autarke Energieversorgung von Produktionsprozessen und/oder Netzeinspeisung) Prozessentwicklung Anlagentechnik Steuerung und Regelung

3 Festbrennstoffe (fossile Brennstoffe, Biomasse) Verbrennung Vergasung Pyrolyse Fermentation Rauchgas Rohgas KW-Gemisch Biogas Gasreinigung z.b. Filtration, Reformierung Synthesegas (CO, H 2 ) Kesselanlage Organic- Rankine-Cycle Energetisch: Gasmotor, Gasturbine, Brennstoffzelle Stofflich: Methanolsynthese, Fischer-Tropsch, Hydrierung

4 Teerbildung Primäre Teere Alkohole R-OH bi- und trifunktionelle Ketone R=O Monoaromaten wie Phenole Aldehyde R O HO Carbonsre. R OH OH Sekundäre Teere nichtumgesetzte primäre Teere alkylierte Mono- und Diaromaten O N O O CO, H 2, CO 2, H 2 O Tertiäre Teere bei T>800 C Benzol, Naphthalin, Pyren, Benzopyren

5 Gaschromatografische Teeranalyse pa FID1 A, (PB220508\KO D) Niedrigsiedende Teere pa FID1 A, (PB300508\FI D) min min Pyren Xylol Benzo(k)fluoranthen Benzo(b)fluoranthen Benzo(a)pyren Dibenzo(a,h)anthracen Indeno(1,2,3-cd)pyren Benzol Toluol Xylol Phenol Naphthalin Acenaphthylen Fluoren Phenanthren Anthracen Fluoranthen Pyren Hochsiedende Teere

6 Teergrenzwerte und katalytische Teerreduktion Gasturbine Teergrenzwerte Verbrennungsmotor Methanolsynthese NT-BZ HT-BZ mg/nm 3 < < 5 < 0,1 0 teilweise Brenngas Teerumsetzung Thermische Umsetzung Katalytische Umsetzung Steam-Reforming Partielle Oxidation Autotherme Reformierung T>1300 C, reduziert Anlagenwirkungsgrad C x H y + x H 2 O <-> x CO + (x+y/2) H 2 C x H y + x/2 O 2 <-> x CO + y/2 H 2 C x H y + (x+y/4) O 2 <-> x CO 2 + y/2 H 2 O C x H y + x H 2 O <-> x CO + (x+y/2) H 2

7 Brenngasreinigung Fraunhofer IFF/IUSE (Pilotanlagen) Thermisch-katalytisches Reforming mit kontinuierlicher Abreinigung Gasdurchsatz: ca. 100 Nm 3 /h 3 Ebenen mit 2x3 Wabenkörper (Ni) Luft M MOV 01 Brenngas-EIN MAV 01/02 MAV 03/04 MAV 05/06 N 2 Brenngas-AUS

8 Brenngasreinigung Fraunhofer IFF/IUSE (Pilotanlagen) a) Teerbeladung [g/m 3 ] Teergehalt Teerbeladung (g/m 3 i.n. tr [g/m tf) 3 ] ,1 3,8 5, Katalysatortemperatur [ C] 2 0 Basisversuche Gaswäscher 1,4 Reformer ohne Reformer mit mit Nachverbrennung Nachverbrennung

9 Laborversuchsanlage Fraunhofer IFF

10 KW-Reformierung Methanumsatz [%] Methanreformierung, 800 C, Ni-Katalysator CH 4 H 2 CO ,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1, ,6 Methanvolumenstrom [Nl/min] Molenanteil [%] b) Molenanteil von H2 und CO am Reaktoraustritt [%] Propanreformierung, Ni-Katalysator Kohlenmonoxid Wasserstoff CO H C 800 C 900 C Eintrittsmolenanteil C 3 H 8 [%]

11 Reformierung von Kohlenwasserstoffen Synthesegasproduktion stoffliche Nutzung z.b. Methanolsynthese, Fischer-Tropsch, Hydrierungen energetische Nutzung z.b. in Gasmotoren oder in Brennstoffzellen Wahl der Betriebsbedingungen, der Art der Reformierung und des Sauerstoff-zu- Wasserdampf-Eduktverhältnisses bestimmen Umsatz und H 2 /CO-Ausbeute Autothermer Wabenkat-Reformer mit Selbstabreinigung für Teerumsetzung (FhG- Entwicklung) Laborapparatur zur Untersuchung KW-Reformierung, Entwicklung neuer Reformierungsverfahren (Fraunhofer IFF)