ISBN 9783843902816

978-3-8439-0281-6, Reihe Verfahrenstechnik

Thomas Bludowsky
Stoffliche und energetische Aspekte bei der katalytischen hydrothermalen Vergasung von feuchter Biomasse

179 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2011), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Nachhaltige Verfahren zur Energie- und Chemikalienproduktion aus nachwachsenden Rohstoffen können in Zukunft einen entscheidenden Beitrag zum Klimaschutz leisten und zur Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Energieträgern beitragen.

Diese Dissertation beschäftigt sich mit der katalytischen Vergasung von Modellbiomasse in wässriger Lösung. Die Vorteile dieses Aqueous-Phase-Reformings (APR) sind die Anwendbarkeit für Biomasse mit hohem Feuchtigkeitsgehalt und das relativ niedrige Temperaturniveau der Vergasung. Ziel dieser Arbeit ist eine Betrachtung und Bewertung der möglichen energetischen Verschaltungen zwischen dem endothermen Reforming und den exothermen Verfahren zur Chemikaliensynthese aus den Vergasungsprodukten. Dazu werden anhand von theoretischen und experimentellen Studien die optimalen Betriebsbedingungen für das APR und deren Einfluss auf die Energieintegration untersucht.

Am Beispiel des APR mit Glucose und anschließender Methanolsynthese wird anhand von Verfahrenssimulationen gezeigt, dass ein großer Anteil der für das APR benötigten Energie durch die Bildungswärme des Methanols gedeckt werden kann. Allerdings wird trotz des hohen Druckes im APR-Reaktor eine Menge Wasser verdampft, was den Vorteil der Energieintegration erst bei Drücken weit oberhalb des Wasserdampfdruckes zum Tragen kommen lässt. Die resultierende Reduzierung des Energiebedarfs beruht deshalb vor allem auf der Einsparung der Synthesegaskompression.

Eine andere Art der energetischen Kopplung ist das autotherme Reforming, dessen Machbarkeit und Anwendungspotenzial für das APR in dieser Arbeit theoretisch und experimentell gezeigt wird.

Neben den energetischen Aspekten wird eine mögliche Selektivitätssteigerung des APR zu Gunsten des Wasserstoffs durch den Einsatz homogener Katalysatoren untersucht. Leichte Selektivitätsgewinne können dabei aber die Nachteile der geringen Aktivität und der mangelnden Katalysatorstabilität nicht aufwiegen.

In den Experimenten wird gezeigt, dass die Gasbildungsraten beim APR mit steigendem Druck stark abnehmen und die Nebenproduktbildung begünstigt wird. Eine Erhöhung der Temperatur bewirkt neben einer Umsatzsteigerung auch eine verstärkte Alkanbildung. Versuche zur unkatalytischen Fahrweise bei hohen Temperaturen und Drücken zeigen nur geringe Gasbildungsraten und eine erhebliche Bildung ungewünschter teerartiger Abbauprodukte.