@phdthesis{Israel2016, author = {Israel, Johannes}, title = {Sabatierbasierte autothermale katalytische Rauchgasmethanisierung im Technikumsmaßstab und R{\"u}ckverstromung im BHKW}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41467}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2016}, abstract = {Es konnte gezeigt werden, dass die direkte Methanisierung des Kohlenstoffanteils aus Rauchgas auf Grundlage der Sabatier-Reaktion im Rahmen des Power-to-Gas Ansatzes unter realen Bedingungen im Technikumsmaßstab m{\"o}glich ist. Es wurde ein Durchsatz von knapp 235 kg/d CO2 bei einer Gesamtraumgeschwindigkeit der Eduktgase von ca. 1500 h-1, was einem Durchfluss von 45 Nm³/h bei einem Reaktorvolumen von 30 dm³ entspricht, erreicht. Dabei wurde das Kohlenstoffdioxid direkt, ohne weitere Aufarbeitung des Rauchgases, mit mindestens 60\% Umsatz katalytisch zu Methan reduziert. Daf{\"u}r wurde ein Katalysator auf Nickelbasis verwendet. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass f{\"u}r eine autotherme Betriebsweise der Methanisierung von Rauchgas der Sauerstoffanteil im Rauchgas eine notwendige Voraussetzung darstellt. Es hat sich dabei herausgestellt, dass das vorliegende Intervall von 4 - 6 Vol \% Sauerstoffanteil im Rauchgas aus konventionellen Braunkohlekraftwerken genau in dem notwendigen Bereich liegt, der f{\"u}r eine ausgeglichene W{\"a}rmebilanz sorgt. Die bei der Wasserstoff-Sauerstoffreaktion zus{\"a}tzlich frei werdende W{\"a}rme gleicht den k{\"u}hlenden Effekt des mitgetragenen Stickstoffes genau aus, wodurch die f{\"u}r die Sabatier-Reaktion ben{\"o}tigte Temperatur von mindestens 300 °C aufrechterhalten werden kann. Ohne den Sauerstoff k{\"o}nnte die Methanisierung nicht autotherm betrieben werden. Zudem ist die Reaktion selbstregulierend, die Reaktionstemperatur l{\"a}uft auf einen oberen Grenzwert von etwa 600 °C hinaus, wodurch Ums{\"a}tze von 60\% nicht unterschritten werden. Bei niedrigeren Temperaturen von ca. 400 °C konnten auch Ergebnisse von {\"u}ber 90\% CO2 Umsatz im Rauchgas erreicht werden. Diese Ergebnisse konnten sowohl unter Laborbedingungen, d.h. mit aus technischen Gasen synthetisch hergestelltem Rauchgas, gemessen werden, als auch mit realem Rauchgas direkt am Kraftwerk vor Ort reproduziert werden. Das bei der Rauchgasmethanisierung entstehende Produktgas weist eine Energiedichte von ca. 5 MJ/Nm³ auf, womit es zu den Schwachgasen gez{\"a}hlt wird. Hier konnte der Nachweis erbracht werden, dass eine Nutzung des Produktgases in einem R{\"u}ckverstromungskonzept mittels eines dezentralen Blockheizkraftwerkes, welches mit einem herk{\"o}mmlichen Wankelmotor betrieben wird, m{\"o}glich ist. Das "Proof of Principle" f{\"u}r einen geschlossenen CO2 Kreislauf unter realen Bedingungen mittels der Sabatier Reaktion wurde somit erbracht und l{\"a}dt dazu ein, diesen Weg weiter zu verfolgen.}, subject = {Sabatier; Methanisierung; Energiespeicher; Rauchgas; Kohlendioxid; Blockheizkraftwerk; Wasserstoff; BHKW; CCU; CHP; Energy storage; Carbon dioxid; Methanation; Flue gas; Sabatier; Hydrogen; CCU; Power-to-Gas; Combines heat and power plant; Rauchgasreinigung; Kohlendioxidemission; Methanisierung; Blockheizkraftwerk}, language = {de} } @phdthesis{Rachow2017, author = {Rachow, Fabian}, title = {Prozessoptimierung f{\"u}r die Methanisierung von CO₂ - vom Labor zum Technikum}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42625}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2017}, abstract = {In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass eine direkte Methanisierung von CO₂, die {\"u}ber die Sabatier-Gleichung, CO₂ + 4H₂ ↔ CH₄ + 2H₂O, beschrieben wird, im Labor- und im Technikums-Maßstab unter Variation verschiedenster Bedingungen realisierbar ist. Die Sabatier-Reaktion findet beschleunigt unter dem Einsatz von Katalysatoren statt. Unterschiedliche kommerzielle Katalysatoren auf Nickel und Ruthenium-Basis konnten auf ihrer Eignung f{\"u}r die Methanisierung untersucht werden und mit im Labor pr{\"a}parierte Katalysatoren verglichen werden. Relevante Gr{\"o}ßen zur Beschreibung der Aktivit{\"a}t der Katalysatoren ist der Umsatz an CO₂, die Ausbeute an CH₄ und die Selektivit{\"a}t bez{\"u}glich der Sabatier-Reaktion. Im Labor wurden Ums{\"a}tze und Ausbeuten von {\"u}ber 90\% und Selektivit{\"a}ten von nahezu 100\% gemessen. Durch eine {\"A}nderung der Temperatur, der Eingangsmenge an Gasen, der Katalysatormenge und des Druckes k{\"o}nnen die optimalen Prozessbedingungen f{\"u}r die Reaktion spezifiziert werden. Eine weitere Betrachtung galt der Messung mit synthetischen und realen Abgasen (Oxyfuel, CCS) und darauf bezogen, der Einfluss einer Verd{\"u}nnung des CO₂ durch Stickstoff und Sauerstoff und der Rolle von bekannten Katalysatorgiften wie Schwefel- oder Stickoxiden. Es konnte ein Zusammenhang zwischen der St{\"a}rke der Verunreinigung an Schwefel, der Reaktortemperatur und der Abnahme der katalytischen Aktivit{\"a}t ermittelt werden. Die Produktion von Kohlenmonoxid gibt zus{\"a}tzlich Aufschluss {\"u}ber stattfinden Teil-und Nebenreaktionen. Ergebnisse in der Laboranlage konnten zum Teil f{\"u}r den Aufbau einer Technikumsanlage, welche eine Vergr{\"o}ßerung zum Labor um den Faktor 5000 darstellt, genutzt werden. Eine Zahl von Experimenten wurde im Technikum wiederholt. Die Technikumsanlage ist dabei in der Lage ca. 250 kg CO₂ pro Tag aus CO₂-haltigen Abgasen in Methan umzuwandeln. Ein erweiterter Praxisbezug stellte die Einbindung des Technikums in einem Kraftwerk dar und die Messung mit realem Rauchgas. Ohne zus{\"a}tzliche Reinigungsschritte des Abgases konnten auch hier Ums{\"a}tze von 90\% erreicht werden. Eine komplexe Temperaturentwicklung und Erh{\"o}hung auf 600°C im Reaktor wurde aufgezeichnet und f{\"u}hrt dabei zur Abnahme des Umsatzes auf ca. 60\%. Bei diesen Temperaturen stellt sich ein Gleichgewicht zwischen, durch die exotherme Reaktion, erzeugter und abgef{\"u}hrter W{\"a}rme ein. Als Reaktionsprodukt wird ein Schwachgas erhalten, welches f{\"u}r die R{\"u}ckverstromung eingesetzt werden kann. In der Methanisierung von CO₂ besteht die M{\"o}glichkeit das CO₂ in einen Kreislauf (Power-to-Gas) zu binden und so die Emission von Treibhausgasen zu mindern. Das erzeugte Methan fungiert als chemischer Energiespeicher und tr{\"a}gt zur Stabilisierung des Stromnetzes bei.}, subject = {Katalyse; Methanisierung; Energiespeicher; Erneuerbare Energien; CO2-Nutzung; Catalysis; Methanation; Energy storage; Renewable energy; Carbon capture and storage (CCS); Methanisierung; Katalysator; Carbon dioxide capture and utilization; Energiespeicher; Power-to-Gas}, language = {de} }