Autothermer Gegenstromreaktor zur Herstellung von CO-reichem Synthesegas im Hochtemperaturbereich / René Kelling.

Format:

Book

Author/Creator:

Kelling, René, author.

Language:

German

Subjects (All):

Synthesis gas.

Physical Description:

1 online resource (238 pages)

Edition:

1st ed.

Place of Publication:

Berlin : Logos Verlag Berlin, [2016]

Summary:

Long description: Die Herstellung von CO-reichem Synthesegas kann mittels der trockenen Reformierung von Methan oder der umgekehrten Wassergas-Shift-Reaktion erfolgen. Zur effizienten Durchführung dieser Reaktionen wird der autotherme Gegenstromreaktor vorgestellt, ein Rohrbündelreaktor, welcher aus einer Vielzahl teilweise katalytisch beschichteter keramischer Rohre besteht. In der Wärmetauscherzone wird die Vorwärmung der kalten Edukte mit Hilfe des heißen Produktstroms auf Reaktionstemperaturen über 1000 Grad Celsius erwirkt. Durch gezielte Einspeisung von reinem Sauerstoff in die nachfolgende Katalysatorzone kann die Reaktionswärme der endothermen Synthesen effizient ausgeglichen werden. Konstant hohe Temperaturen sowie keramische Werkstoffe verhindern dabei schädliche Kohlenstoffablagerungen und Metallkorrosion. Das Reaktorkonzept wird mittels eines 3-stufigen Ansatzes untersucht. Einfache Gleichgewichtsmodelle ermöglichen eine erste Abschätzung der Reaktorperformance. Experimente an einem keramischen Laborreaktor zeigen die praktische Umsetzbarkeit und erlauben die Validierung eines detaillierten Simulationsmodells, welches Aussagen über den industriellen Maßstab liefert. Der autotherme Gegenstromreaktor zeichnet sich durch ein einfaches und somit skalierbares Konstruktionsprinzip aus. Gleichgewichtsumsätze entsprechend extrem hoher Reaktionstemperaturen (grösser als 1000 Grad Celsius) und eine Wärmerückgewinnung von bis zu 90% erlauben die energetisch sehr effiziente Produktion von CO-reichem Synthesegas.

Contents:

Intro

1 Einleitung

1.1 Motivation

1.2 Betrachteter Prozess und chemische Reaktionen

1.2.1 Zukünftige Ressourcen der chemischen Industrie

1.2.2 Prozesse zur Herstellung von CO-reichem Synthesegas

1.3 Ziele und Inhalt dieser Arbeit

2 Reaktorkonzeptionierung

2.1 Überblick über wärmeintegrierte Reaktorkonzepte

2.1.1 Simultan-autotherm betriebene Reaktoren

2.1.2 Rekuperativ betriebene Reaktoren

2.1.3 Regenerativ betriebene Reaktoren

2.1.4 Vergleich der Betriebsweisen

2.2 Der autotherme Gegenstromreaktor

2.2.1 Grundlegender Aufbau und Prinzip des Gegenstromreaktors

2.2.2 Konstruktive Empfehlungen und Besonderheiten

2.3 Modulare Auslegung des Reaktors

2.3.1 Isothermes Reaktormodell

2.3.2 Autothermes Reaktormodell

2.3.3 Autothermes Reaktormodell mit Wärmetauscher

3 Eigenschaften der autothermen RWGS- Reaktion und der Trockenreformierung

3.1 Katalysatorscreening im Zapfstellenreaktor

3.1.1 Experimenteller Aufbau des Zapfstellenreaktors

3.1.2 Untersuchung der RWGS-Reaktion

3.1.3 Untersuchung der Trockenreformierung

3.1.4 Katalysatordeaktivierung durch Kohlenstoffablagerung

3.1.5 Zusammenfassung

3.2 Die Verbrennung von Methan und Wasserstoff

3.2.1 Theoretische Grundlagen und Aufbau der Testreaktoren

3.2.2 Wasserstoffoxidation

3.2.3 Methanoxidation

3.2.4 Zusammenfassung

3.3 Modellierung des Zapfstellenreaktors und Reaktionsgeschwindigkeiten

3.3.1 Das Modell des Zapfstellenreaktors

3.3.2 Übersicht vorhandener Reaktionskinetiken

3.3.3 Anpassung der RWGS-Kinetik

3.3.4 Anpassung der Reformierungskinetiken

3.3.5 Beschreibung der Oxidationsreaktionen

3.3.6 Zusammenfassung

4 Prototyp des Gegenstromreaktors

4.1 Aufbau des Laborreaktors

4.1.1 Grundlegender Aufbau des Reaktors

4.1.2 Isolation gegen äußere Wärmeverluste

4.1.3 Gasverteiler.

4.2 Versuchsanlage

4.2.1 Gasdosierung und Abgasnachbehandlung

4.2.2 Gasanalytik, Druck- und Temperaturmessung

4.3 Vorbetrachtungen

4.3.1 Anfahren des Reaktors in den stationären Zustand

4.3.2 Zünd- /Löschhysteresen bei Verbrennungsreaktionen in der Gasphase

5 Simulationsmodell des Gegenstromreaktors

5.1 Modellvorstellungen und Annahmen

5.2 Herleitung der Bilanzgleichungen

5.2.1 Bilanzgleichungen der Rohr-in-Rohr-Anordnung

5.2.2 Bilanzgleichungen der Mischzone

5.3 Mathematische Beschreibung der physikalischen Effekte

5.3.1 Stofftransport

5.3.2 Wärmetransport

5.3.3 Skalierung der Wärmeverluste an die Umgebung

5.3.4 Wärmestrahlung

5.3.5 Reaktionskinetik

5.3.6 Ortsverteilte Einspeisung von Sauerstoff

6 Ausführliche Untersuchung des Gegenstromreaktors

6.1 Betrieb der autothermen Trockenreformierung

6.1.1 Gleichgewicht der autothermen Trockenreformierung

6.1.2 Sauerstoffvormischung

6.1.3 Einfache Sauerstoffnacheinspeisung

6.1.4 Doppelte Sauerstoffnacheinspeisung

6.1.5 Verteilte Sauerstoffnacheinspeisung

6.1.6 Zusammenfassung

6.2 Betrieb der autothermen RWGS-Reaktion

6.2.1 Gleichgewicht der autothermen RWGS-Reaktion

6.2.2 Sauerstoffnacheinspeisung im Laborreaktor

6.2.3 Scale-up zum industriellen Maßstab

6.2.4 Die unkatalysierte RWGS-Reaktion im Laborreaktor

6.2.5 Zusammenfassung

6.3 Betrieb der partiellen Methanoxidation zur Endogasherstellung

6.3.1 Etablierte Technologie der Endogasherstellung

6.3.2 Gleichgewicht der partiellen CH4-Oxidation (POX)

6.3.3 Sauerstoffvormischung im Laborreaktor

6.3.4 Scale-up zum industriellen Maßstab

6.3.5 Auswirkung von Störungen auf den bestimmungsgemäßen Betrieb

6.3.6 Zusammenfassung

Literatur

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Anhang.

Notes:

Description based on print version record.

PublicationDate: 20160228

ISBN:

3-8325-9420-5