TY - THES

T1 - Experimentelle Untersuchung und Simulation der Methanisierung von Kuppelgasen aus integrierten Hüttenwerken

AU - Khodier, Karim

N1 - gesperrt bis null

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Die Kuppelgase Gichtgas, Kokereigas und Tiegelgas aus Hüttenwerken haben, aufgrund günstiger Prozesssynergien, großes Potential als Kohlenstoffquellen für die Methanisierung im Power to Gas- Prozess. In dieser Arbeit wurden, als erste Schritte zur Realisierung, die Auswirkungen des CO-CO2- Verhältnisses sowie von Stickstoff im Eduktgas auf den Umsatz der Methanisierung untersucht. Die Auswertung zeigt, dass höhere CO-Anteile bei gleichbleibendem H2-Überschuss die Methanisierung positiv beeinflussen. Weiter ergibt sich die Vermutung, dass Stickstoff als Inertgas im Eduktstrom die Methanisierung über den Einfluss auf Partialdruck und Verweilzeit hinaus hemmt. Um den Versuchsaufwand für weitere Evaluierungen der Methanisierung zu minimieren, wurde, auf Basis eines Kinetikmodells von Kopyscinski, der Festbett-Methanisierungsreaktor in Aspen Plus abgebildet. Vergleiche mit Messdaten zeigen, dass der simulierte COx -Umsatz im Gültigkeitsbereich des Modells von 200°C bis 400°C nur geringfügig von den Versuchsergebnissen abweicht. Der absolute Fehler für den COx-Umsatz beträgt in 92% der simulierten Szenarien maximal 5% und liegt bei durchschnittlich 1.6%. Dies gilt allerdings nur für Einsatzgase ohne Inertgas. Der Einfluss dessen kann mit dem gewählten Kinetikmodell nicht berücksichtigt werden. Bei praktischen Einsatztemperaturen der Methanisierung von idealerweise 200°C bis 350°C wird der relevanteste Temperaturbereich bereits erfolgreich abgebildet. Allerdings hat das Kinetikmodell u.a. bei der Simulation höherer Temperaturen, sowie bei der Berechnung von Inertgaseinflüssen noch Erweiterungspotential. Basierend auf dem positiv evaluierten Kinetikmodell wurde die Prozesskette der dreistufigen Festbett-Methanisierung im Kontext einer Power to Gas-Anlage in Umgebung eines Hüttenwerks in Aspen Plus abgebildet.

AB - Die Kuppelgase Gichtgas, Kokereigas und Tiegelgas aus Hüttenwerken haben, aufgrund günstiger Prozesssynergien, großes Potential als Kohlenstoffquellen für die Methanisierung im Power to Gas- Prozess. In dieser Arbeit wurden, als erste Schritte zur Realisierung, die Auswirkungen des CO-CO2- Verhältnisses sowie von Stickstoff im Eduktgas auf den Umsatz der Methanisierung untersucht. Die Auswertung zeigt, dass höhere CO-Anteile bei gleichbleibendem H2-Überschuss die Methanisierung positiv beeinflussen. Weiter ergibt sich die Vermutung, dass Stickstoff als Inertgas im Eduktstrom die Methanisierung über den Einfluss auf Partialdruck und Verweilzeit hinaus hemmt. Um den Versuchsaufwand für weitere Evaluierungen der Methanisierung zu minimieren, wurde, auf Basis eines Kinetikmodells von Kopyscinski, der Festbett-Methanisierungsreaktor in Aspen Plus abgebildet. Vergleiche mit Messdaten zeigen, dass der simulierte COx -Umsatz im Gültigkeitsbereich des Modells von 200°C bis 400°C nur geringfügig von den Versuchsergebnissen abweicht. Der absolute Fehler für den COx-Umsatz beträgt in 92% der simulierten Szenarien maximal 5% und liegt bei durchschnittlich 1.6%. Dies gilt allerdings nur für Einsatzgase ohne Inertgas. Der Einfluss dessen kann mit dem gewählten Kinetikmodell nicht berücksichtigt werden. Bei praktischen Einsatztemperaturen der Methanisierung von idealerweise 200°C bis 350°C wird der relevanteste Temperaturbereich bereits erfolgreich abgebildet. Allerdings hat das Kinetikmodell u.a. bei der Simulation höherer Temperaturen, sowie bei der Berechnung von Inertgaseinflüssen noch Erweiterungspotential. Basierend auf dem positiv evaluierten Kinetikmodell wurde die Prozesskette der dreistufigen Festbett-Methanisierung im Kontext einer Power to Gas-Anlage in Umgebung eines Hüttenwerks in Aspen Plus abgebildet.

KW - Methanisierung

KW - Methanierung

KW - Sabatier

KW - Wassergas

KW - Wassergas-Shift

KW - Reaktionstechnik

KW - Kinetik

KW - Kopyscinski

KW - Kohlenstoffabscheidung

KW - Katalysator

KW - Katalysatorvergiftung

KW - Festbett

KW - Aspen

KW - AspenPlus

KW - RPlug

KW - RGibbs

KW - Adsorptionstherm

KW - Kinetischer Faktor

KW - Triebkraft

KW - Inertgas

KW - LHHW

KW - Inegriert

KW - Hüttenwerk

KW - Kokereigas

KW - Gichtgas

KW - Tiegelgas

KW - Energiespeicherung

KW - methanation

KW - water gas

KW - water gas shift

KW - reactions engineering

KW - kinetic

KW - Kopyscinski

KW - carbon building

KW - catalyst

KW - poisoning

KW - fixed bed

KW - aspen

KW - aspen plus

KW - rplug

KW - rgibbs

KW - a dsortpion term

KW - kinetic factor

KW - driving force

KW - inert gas

KW - LHHW

KW - inegrated

KW - steel plant

KW - coke oven gas

KW - converter gas

KW - blast furnance gas

KW - energy storage

M3 - Masterarbeit

ER -