Entwicklung eines Reformers für gasmotorische Anwendungen

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die autotherme Reformierung verschiedener Kohlenwasserstoffe experimentell an einer Versuchsanlage untersucht. Dabei wurden sowohl gasförmige Reingase wie Methan, Propan, Butan, als auch Gasgemische wie LPG aufgegeben. Außerdem kamen auch flüssige Kohlenwasserstoffe zum Einsatz. Dazu zählen die Alkohole Methanol und Ethanol, sowie die Dieselöle ShellSol D100 und handelsübliches Heizöl Extraleicht. Die experimentell ermittelten Ergebnisse wurden mit aus computergestützten Prozesssimulationen unter Verwendung des kommerziellen Simulationsprogrammes IPSEpro unter Annahme von thermodynamischem Gleichgewicht erhaltenen Werten verglichen. Dabei konnte festgestellt werden, dass bei der autothermen Reformierung von reinen gasförmigen Kohlenwasserstoffen, sowie von vollständig mit Wasser mischbaren Alkoholen, die Simulationswerte und die experimentell ermittelten Versuchsergebnisse sehr gut übereinstimmen. Bezüglich der Realisierung einer Einheit zur autothermen Reformierung von Dieselölen wurden von den Gleichgewichtswerten abweichende experimentelle Ergebnisse erhalten, was in einer unzureichenden Zuführung des Einsatzstoffes begründet war. Es konnten jedenfalls wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden, welche es zu beachten gilt.<br />Darüber hinaus wurde im Rahmen der experimentellen Versuche eine Reihe von Katalysatoren auf ihre Eignung zur autothermen Reformierung geprüft und miteinander verglichen, wobei sowohl Schüttschicht-, als auch Wabenkatalysatoren zum Einsatz kamen. Dabei wurde unter anderem eine Variation der Betriebsparamer S/C - Verhältnis, Temperatur sowie Raumgeschwindigkeit durchgeführt. Außerdem wurden experimentelle Untersuchungen zur Charakterisierung der Katalysatordeaktivierung aufgrund von möglichen im Einsatzstoff enthaltenen Verunreinigungen angestellt. Dies ermöglicht, zukünftig ungünstige Betriebszustände zu vermeiden.<br />

Reforming of hydrocarbons as pretreatment of their conversion in a gas engine is getting more and more interesting due to many reasons.<br />In the context of this work, autothermal reforming of different hydrocarbons gets analyzed using a reforming test rig. Pure gases like methane, propane, butane, as well as gas-mixtures like LPG are used as feedstocks. In addition it is operated with liquid hydrocarbons, as alcohols (methanol and ethanol) as well as diesel oils (ShellSol D100 and extra light heating oil).<br />Experimental generated values get compared with data calculated by using the steady state process simulation package named IPSEpro, provided by SimTech by assuming thermodynamically equilibrium. It can be noted, that the simulated and experimentally generated data of autothermal reforming of pure gaseous hydrocarbons and liquid alcohols are in good agreement.<br />In case of reforming diesel oils the feeding system was not satisfying and the results differ from the simulated data. However, further valuable cognitions about operating an autothermal reforming unit for diesel oils are gained.<br />In the course of the practical experiments a series of catalysts, as well fixed bed catalysts as honeycomb catalysts, is tested on their suitability for autothermal reforming and compared to each other. During this process the operating parameters S/C - ratio, temperature and space velocity are varied. Furthermore experiments on catalyst deactivation, caused by possible contamination of the feedstocks, are carried out. Based on those investigations, unfavorable operating conditions can be avoided in future.<br />