Reformierung von Kohlenwasserstoffen

Abstract

Zur dezentralen Energieversorgung im kleinen bis mittleren Leistungsbereich kommen vorwiegend stationäre Großgasmotoren zum Einsatz, da diese einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, allerdings auch große Mengen an NOX emittie-ren. Mittels Reformierung des Treibgases kann ein wasserstoffreiches Synthese-gas generiert werden, welches wesentlich bessere Verbrennungseigenschaften als das Ausgangstreibgas aufweist. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Gasmotors, bei gleichzeitiger Reduktion der Abgasemissionen wie Kohlenstoff-monoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickstoffoxide, erhöht werden.<br />Neben gasförmigen Kraftstoffen können auch flüssige Kraftstoffe reformiert wer-den, wodurch sich die bereits genannten Vorteile des Gasmotors nutzen lassen.<br />Aufgabe im Rahmen der gegenständlichen Arbeit ist es, neben einer Literaturre-cherche zur autothermen Reformierung von Kohlenwasserstoffen wie Methan, Propan und Diesel, Versuchsserien zur autothermen Reformierung von Methan an einer bestehenden Laborapparatur durchzuführen. Diese Versuchsreihen werden bei verschiedenen Prozessbedingungen und mit unterschiedlichen Kata-lysatoren durchgeführt, um einen optimalen Betriebspunkt für den Reaktor zu er-langen. In den durchgeführten experimentellen Untersuchungen werden die Grundlagen der autothermen Reformierung von Methan untersucht. Der Nickelkatalysator erzielt dabei die höchsten Werte beim Methanumsatz, wird jedoch mit der geringsten Raumgeschwindigkeit betrieben. Der Platinkatalysator weist aufgrund dessen schlechter Beladung den niedrigsten Methanumsatz auf, kann jedoch mit einer wesentlich höheren Raumgeschwindigkeit betrieben wer-den. Einen ähnlich hohen Umsatz wie der Nickelkatalysator weist der Edelmetall-katalysator der Firma Süd Chemie auf. Die in den Versuchen verwendete Raum-geschwindigkeit des Süd Chemie Katalysators war etwa zehn mal höher als beim Nickelkatalysator und damit die höchste aller untersuchten Katalysatoren.<br />Die gesammelten Erkenntnisse werden zukünftig als Basis für weitere For-schungsarbeiten dienen.<br />

For decentralized power supply in small to medium power ranges are mainly sta-tionary gas engines used, since these have a high efficiency. But those engines also emit large amounts of NOX. By means of reforming of the propellant, a hy-drogen rich synthesis gas can be produced. This synthesis gas has much better combustion properties than the original propellant. In this way, the efficiency of the gas engine can be increased while reducing exhaust emissions such as car-bon monoxide, unburned hydrocarbons and nitrogen oxides. In addition to gaseous fuels, liquid fuels also can be reformed. This will benefit the already mentioned advantages of the gas engine.<br />The task of this work is to perform a literature research about autothermal reform-ing of hydrocarbons such as methane, propane and diesel. Beside this, test series for autothermal reforming of methane are carried out at an existing laboratory test rig. These experiments are carried out at different process conditions and dif-ferent catalysts to obtain an optimal operating point for the reactor. In the con-ducted experiments the basics of autothermal reforming are investigated.<br />The nickel catalyst shows the highest value for methane conversion, but is oper-ated at the lowest space velocity. The platinum catalyst shows, because of his poor loading with active material, the lowest methane conversion, but is operated with a much higher space velocity than the nickel catalyst. A similar high conver-sion as the nickel catalyst is shown by the noble metal catalyst of the company Süd Chemie. The space velocity used in the experiments of the Süd Chemie cat-alyst was about ten times higher than the nickel catalyst, therefore the highest of all investigated catalysts.<br />The gathered knowledge about autothermal reforming will be used as a basis for prospective design and operation of pilot plants and further research.