Catalytic investigations regarding alternative bed materials for dual fluidized bed gasification of biomass

Abstract

Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Untersuchung zur Eignung von alternativen Bettmaterialien für die Zweibettwirbelschicht-Dampfvergasung. Frisches und gebrauchtes Olivin, frischer und gebrauchter Quarzsand sowie Kalziumoxid werden auf ihre katalytische Aktivität untersucht. Gebrauchte Materialien kamen bereits in einer Wirbelschicht zum Einsatz und weisen eine kalziumreiche Schicht um das Partikel auf. Die Bettmaterialien werden in einem kontinuierlich betriebenen Reaktor bei Temperaturen zwischen 750°C und 850°C mit Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen durchströmt. Dabei werden drei Reaktionen nachgebildet: - Wassergas Shift Reaktion - Steam Reforming von Ethen - Steam Reforming von Toluol Diese drei Reaktionen wurden gewählt um die Vielzahl der im Reaktor ablaufenden Reaktionen zu repräsentieren. Die Wassergas Shift Reaktion stellt die einfachst nachzubildende Reaktion dar. Steam Reforming von Ethen soll das Steam Reforming von leichteren Kohlenwasserstoffen und Steam Reforming von Toluol das Steam Reforming von schwereren Kohlenwasserstoffen (Teere) repräsentieren. Der Umsatz wird mit einem 5-Komponenten-Gasmessgerät ausgewertet und verglichen. Gemessen wird der nach der Reaktion entstandene Volumsanteil von Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Methan und Sauerstoff. Die Auswertung der Ergebnisse zeigt einen Zusammenhang zwischen den drei durchgeführten Reaktionen und stellt den Unterschied zwischen beschichteten und unbeschichteten Bettmaterialien dar.

This master's thesis deals with the investigation of alternative bed materials for dual fluidized bed gasification. Fresh and used olivine, fresh and used quartz sand as well as calcium oxide are investigated regarding their catalytic activity. The used bed materials have already been in operation in a fluidized bed and are coated with a calcium-rich layer. The different bed materials are located in a continuously driven glass reactor and are surrounded by steam and hydrocarbons. The glass reactor will be held at temperatures between 750°C and 850°C. The following reactions are recreated: - water-gas shift reaction - steam reforming of ethene - steam reforming of toluene These reactions were chosen to represent the multitudes of reactions in the reactor. The water-gas shift reaction is the easiest reaction to reproduce. Steam reforming of ethene is supposed to represent steam reforming of lighter hydrocarbons and steam reforming of toluene is supposed to represent steam reforming of heavyer hydrocarbons (tars). The conversion rate is measured with a five-component-gas-analyzer. The volume fraction of hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, methane and oxygen is measured after the reaction. The evaluated results show a connection between those three reactions and present a difference between coated an non-coated bed materials.