Technische Ausstattung

Zur Forschung an und Weiterentwicklung von Vergasungs- und Synthesegasprozessen verfügt das DBFZ über verschiedene Versuchsanlagen zur experimentellen Untersuchung von Vergasung und katalytischer Synthesen. Auch die Untersuchung von Trennverfahren ist an einer Testzelle für keramische Membranen möglich.

Für mobile Messkampagnen werden Messgeräte zur Gasaufbereitung und Gasanalytik, Teermessung sowie zur Messung weiterer Prozessparameter genutzt.

Anlagen

Der Festbett-Laborvergaser ist eine diskontinuierliche Anlage zur Charakterisierung des thermochemischen Verhaltens (Pyrolyse/Vergasung/Oxidation/Reduktion) von festen trockenen Rest-/Abfallstoffen bzw. Biomassen mit Luft, Sauerstoff, Wasserdampf, Kohlendioxid oder Mischungen davon. Dabei kann messtechnisch eine vollständige Massenbilanz des Festbettreaktor mit einem Gesamtfehler < 1 % aufgestellt werden. Weiterhin sind katalytische Gaskonditionierungsreaktionen im 4L- Reaktionsraum bei maximal 950 °C und 20 bar durch die flexible Gasdosierung von Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan, Wasserdampf, Stickstoff und mischungen davon möglich. Entsprechend der ISO 9001 werden die Prüfmittel in der Anlage regelmäßig auf nationale Normale zurückgeführt.

  • Von unten angeströmter Festbettreaktor zur Charakterisierung und Untersuchung von Brennstoffen für thermochemische Reaktionen (Pyrolyse/Vergasung/Verbrennung) und Katalysereaktionen
  • Fahrweise: Batchbetrieb
  • Volumen: 4 L (elektrisch beheizt)
  • maximale Arbeitstemperatur: 950 °C
  • maximaler Arbeitsdruck: 20 bar(a)
  • Heizrate: frei einstellbar
  • Gasdosierung: je 3,5 m³ h-1 Luft, Sauerstoff, Wasserdampf, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Methan, Wasserstoff (oder variable Mischung davon)
  • Highlights: messtechnisch geschlossene Messbilanz mit 1% Messfehler

Der HKA10 der Firma Spanner Re² ist ein kontinuierlichern Vergaser von Holzhackschnitzel und ähnlichen Rest-/Abfallstoffen in G30 ähnlicher Größenverteilung. Eine flexible Nutzung des erzeugten Produktgases ist möglich. So kann neben dem regulär installierten BHKW auch ein Brenner oder ein anderes Gaskonditionierungs-/-nutzungssytem installiert werden. Messtechnisch ist die Anlage so ausgestattet, dass eine Massen- und Energiebilanz erstellt werden kann. Entsprechend der ISO 9001 werden die Prüfmittel in der Anlage regelmäßig auf nationale Normale zurückgeführt.

  • kommerzieller Gleichstrom-Festbettvergaser mit BHKW der Firma Spanner Re²
  • Fahrweise: kontinuierlicher Betrieb
  • Brennstoffzugabe: 10 kg h-1
  • maximale Arbeitstemperatur: 1000 °C
  • maximaler Arbeitsdruck: < 1 bar(ü)
  • Gasdosierung: Luft
  • elektrische Leistung: 10 kWel
  • Highlights: messtechnische Ausstattung zur Erstellung von Massenbilanzen

Der Synthesegasversuchsstand Minimeth 2.0 ist zur Untersuchung von Synthesen im kleinen Maßstab ausgelegt. In einem adiabaten Rohrreaktor können mit bis zu 100 ml Katalysatorvolumen beispielsweise methanreiche Gase oder kurzkettige Kohlenwasserstoffe synthetisiert werden. Dafür können die Eduktgase CO, CO2, H2, CH4, N2 sowie Wasserdampf in einem breiten Verhältnis gemischt werden und deren Reaktionen dank Automatisierung im unbemannten Dauerbetrieb auch über längere Zeiträume untersucht werden. Im Reaktor können maximale Betriebsdrücke von 8 bar(a) und Reaktortemperaturen von bis zu 650 °C realisiert werden. Für Untersuchungen zum Deaktivierungsverhalten von Katalysatoren durch Vergiftung kann den Eduktgasen zudem H2S beigemischt werden. Zur Analyse der trockenen Produktgase werden ein μGC sowie ein GC-WLD genutzt.
Es ist weiterhin möglich Adsorptionsversuche an Aktivkohlen oder Metalloxiden durchzuführen. Hierfür kann dem Reaktor auch O2 zugeführt werden.

Minimeth © Sebastian Dietrich, DBFZ

 

• Tmax = 650 °C, pmax = 8 bar(a), Vmax = 300 L/h

• Mögliche Eingangsgase: CO2, CO, H2, CH4, N2, H2S, O2, H2O

• Rohrreaktor für Katalyseversuche:

l = 400 mm, di = 18 mm, 10 Thermoelemente in Schüttung

• Rohrreaktor für Adsorptionsversuche:

l = 500 mm, di = 40 mm, 1 Thermoelement in der Schüttung

• Produktgasanalyse mittels µGC und GC-WLD

Die Anlage bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Methansynthese durch ihre verschiedenen Betriebsmodi. Mit dem adiabaten Rohrreaktor können wir Methan aus einer Vielzahl von Eduktgasen herstellen und dabei einen Arbeitsdruck von bis zu 60 bara und eine Arbeitstemperatur von bis zu 650 °C erreichen. Der adiabate Plattenreaktor bietet ähnliche Vorteile wie der Rohrreaktor, jedoch mit einem geringeren Arbeitsdruck von bis zu 25 bar(a) und einer Arbeitstemperatur von bis zu 450 °C.

Der Membranversuchsstand ermöglicht uns die Analyse des Trennverhaltens von zylindrischen Keramikmembranen bei der Verwendung von Eduktgasen wie CO, CO2, H2, CH4, N2 und H2O. Mit einem Feeddruck von 25 bar(a) und einem Permeatdruck zwischen 1 und 2,5 bar(a) können wir das Verhalten der Membranen bei verschiedenen Drücken untersuchen. Die maximale Arbeitstemperatur beträgt hierbei 220 °C.

Durch die verschiedenen Betriebsmodi der Anlage können wir Methan aus einer Vielzahl von Eduktgasen herstellen und gleichzeitig das Trennverhalten von zylindrischen Keramikmembranen analysieren. Dies macht uns für Partner interessant, die auf der Suche nach einer flexiblen Anlage zur Methansynthese sind.

Aufbau mit drei verschiedenen Möglichkeiten:

Adiabater Rohrreaktor zur Methansynthese

  • Eduktgase: CO, CO2, H2, CH4, N2
  • Arbeitsdruck: bis 60 bar(a)
  • Arbeitstemperatur: bis 650 °C
  • Produktgasanalyse mittels μGC und GC-WLD

Adiabater Plattenreaktor zur Methansynthese

  • Eduktgase: CO, CO2, H2, CH4, N2
  • Arbeitsdruck: bis 25 bar(a)
  • Arbeitstemperatur: bis 450 °C
  • Produktgasanalyse mittels μGC und GC-WLD

Membranversuchsstand zur Analyse des Trennverhaltens von zylindrischen Keramikmembranen

  • Eduktgase: CO, CO2, H2, CH4, N2, H2O
  • Feeddruck: 25 bar(a)
  • Permeatdruck: 1 - 2.5 bar(a)
  • Arbeitstemperatur: maximal 220 °C
  • Produktgasanalyse mittels μGC und GC-WLD und Kondensatfalle

www.dbfz.de/projektseiten/pilot-sbg/pilotanlage

Messtechnik

Mit der mobilen Messtechnik ist es möglich thermochemische Prozesse hinsichtlich ihrer Produktgasqualitäten zu charakterisieren bzw. beurteilen. Neben den Permanentgasen, können Wasserdampf und Teer-/Staubgehalt bestimmt werden. Mit diesen Daten, die durch arbeitstägliche Kalibrierungen mit definierten Prüfgasen überprüft und mit zurückgeführten Prüfmitteln entsprechend ISO 9001 erfasst werden, können dann Anlagenkenngrößen berechnet oder Vergleiche von unterschiedlichen Betriebspunkten bzw. Anlagenzuständen durchgeführt werden.

  • Permanentgasmessung: Gasaufbereitung mit verschiedenen µGC (Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan, C2-Kohlenwasserstoffe, BTX) und optischem Sauerstoffsensor
  • Wasserdampfmessung: Psychrometer im Heißgas
  • Teer-/Staubmessung: gravimetrische Hausmethode für Teer- /Staubgehalt je in g*m-³ und ggf. mit Teerzusammensetzung (inkl. Falschluftüberwachung und Gastemperaturmessung sowie kontinuierlicher Datenaufzeichnung mit Dattenlogger)
  • Highlight: Prüfmittel/Messgeräte auf nationale Normale zurückgeführt (ISO 9001) und arbeitstägliche Kalibrierung vor Ort

Methoden und Arbeitsweisen