TY - THES

T1 - Einfluss der Wabenkatalysatorlänge auf die chemische Methanisierung von CO2

AU - Wabnig, Simon

N1 - gesperrt bis null

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Die chemische Methanisierung von CO2 ist ein optionaler Bestandteil des Power to Gas Konzepts (kurz PtG). Im ersten Prozessschritt der PtG Technologie wird mittels elektrischer Energie Wasser in einem Elektrolyseur zu Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Die dazu verwendete Energie (Power) ist - abzüglich Verluste - in den gasförmigen Verbindungen (Gas) gespeichert. Damit ist es möglich verstärkt konventionelle Energieträger durch fluktuierend anfallende erneuerbare Energie zu ersetzen, wie es die europäische Energiepolitik im Rahmen der Energiewende vorsieht. Um die derzeit vorhandene Energieinfrastruktur für Speicherung, Verteilung und Anwendung effektiv zu nutzen, ist eine Konversion des Wasserstoffs zu Methan, auch Substitute Natural Gas (SNG) genannt, notwendig. Durch die Verwendung von CO2 als Kohlenstoffträger kann die Emission des Treibhausgases in die Atmosphäre reduziert und so dem Klimawandel entgegengewirkt werden. Die Methanierung von CO2 mit H2 ist eine exotherme heterogen katalysierte Gasphasenreaktion. Als katalytisch wirksame Substanz kommen die Metalle der Eisen Platin Gruppe in Frage. Meist wird Nickel eingesetzt da es bei hoher Aktivität und Selektivität vergleichbar kostengünstig ist. Neben der aktiven Substanz sind die Geometrie, die Trägersubstanz und die poröse Beschichtung (Washcoat) des Katalysators für das Umsatzverhalten verantwortlich. In dieser Arbeit werden zwei unterschiedlich lange keramische Waben- sowie ein kommerzieller Schüttkatalysator hinsichtlich CO2 Methanisierungsverhalten verglichen. Die Beschichtung besteht für alle Katalysatoren aus einem y-Al2O3 Washcoat und Nickel. Die Versuche dazu werden in einer dreistufigen Versuchsanlage (Labormaßstab) bei Variation von Raumgeschwindigkeit, H2/CO2 Verhältnis und Druck durchgeführt. Im Produktgas werden Methan- und Kohlenmonoxidkonzentration, sowie Umsatz, Gleichgewichtsumsatz und Selektivität bestimmt. Durch Vergleich der Mess- und Bestimmungsgrößen wird auf den Einfluss der Katalysatorgeometrie, insbesondere der Wabenkatalysatorlänge, geschlossen.

AB - Die chemische Methanisierung von CO2 ist ein optionaler Bestandteil des Power to Gas Konzepts (kurz PtG). Im ersten Prozessschritt der PtG Technologie wird mittels elektrischer Energie Wasser in einem Elektrolyseur zu Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Die dazu verwendete Energie (Power) ist - abzüglich Verluste - in den gasförmigen Verbindungen (Gas) gespeichert. Damit ist es möglich verstärkt konventionelle Energieträger durch fluktuierend anfallende erneuerbare Energie zu ersetzen, wie es die europäische Energiepolitik im Rahmen der Energiewende vorsieht. Um die derzeit vorhandene Energieinfrastruktur für Speicherung, Verteilung und Anwendung effektiv zu nutzen, ist eine Konversion des Wasserstoffs zu Methan, auch Substitute Natural Gas (SNG) genannt, notwendig. Durch die Verwendung von CO2 als Kohlenstoffträger kann die Emission des Treibhausgases in die Atmosphäre reduziert und so dem Klimawandel entgegengewirkt werden. Die Methanierung von CO2 mit H2 ist eine exotherme heterogen katalysierte Gasphasenreaktion. Als katalytisch wirksame Substanz kommen die Metalle der Eisen Platin Gruppe in Frage. Meist wird Nickel eingesetzt da es bei hoher Aktivität und Selektivität vergleichbar kostengünstig ist. Neben der aktiven Substanz sind die Geometrie, die Trägersubstanz und die poröse Beschichtung (Washcoat) des Katalysators für das Umsatzverhalten verantwortlich. In dieser Arbeit werden zwei unterschiedlich lange keramische Waben- sowie ein kommerzieller Schüttkatalysator hinsichtlich CO2 Methanisierungsverhalten verglichen. Die Beschichtung besteht für alle Katalysatoren aus einem y-Al2O3 Washcoat und Nickel. Die Versuche dazu werden in einer dreistufigen Versuchsanlage (Labormaßstab) bei Variation von Raumgeschwindigkeit, H2/CO2 Verhältnis und Druck durchgeführt. Im Produktgas werden Methan- und Kohlenmonoxidkonzentration, sowie Umsatz, Gleichgewichtsumsatz und Selektivität bestimmt. Durch Vergleich der Mess- und Bestimmungsgrößen wird auf den Einfluss der Katalysatorgeometrie, insbesondere der Wabenkatalysatorlänge, geschlossen.

KW - Methanisierung

KW - chemische Methanisierung

KW - CO2 Methanisierung

KW - Power to Gas

KW - PtG

KW - P2G

KW - SNG

KW - heterogen Katalyse

KW - y-Al2O3 Washcoat

KW - Nickelkatalysator

KW - Katalysator

KW - Wabenkatalysator

KW - Schüttkatalysator

KW - honeycomb catalyst

KW - methanation

KW - chemical methanation

KW - CO2 methanation

KW - y-Al2O3 washcoat

KW - nickel catalyst

KW - Power to Gas

KW - PtG

KW - P2G

KW - SNG

KW - catalyst

M3 - Masterarbeit

ER -