TY - THES

T1 - Herstellung und Testung von Wabenkatalysatoren für die Methanisierung von kohlenstoffhaltigen Prozessgasen im Labormaßstab

AU - Zawodnik, Vanessa

N1 - gesperrt bis null

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Am Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes an der Montanuniversität Leoben werden im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte Wabenkatalysatoren für die CO- und CO2-Methansierung benötigt. Vor der Erstellung dieser Arbeit war eine reproduzierbare Fertigung der Katalysatoren in Hinblick auf die Beladung mit katalytisch aktivem Nickel, Aktivität und Stabilität am Lehrstuhl nicht gegeben. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde eine Arbeitsanweisung für die Herstellung solcher Wabenkatalysatoren erstellt. Dazu wurde in einem ersten Schritt eine umfassende Literaturrecherche zu den möglichen Beschichtungsmethoden und -parametern mit Washcoat und katalytisch aktiver Substanz durchgeführt. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden Versuchsreihen abgeleitet, in denen Waben (im Labormaßstab) beschichtet und die Einflüsse der Parametervariation auf die Qualität der Beschichtung und die Beladung untersucht wurden. Die Parametervariation umfasst neben der Slurrymanipulation durch Veränderung z.B. des Feststoffanteil oder der Viskosität auch den Tauchvorgang der Wabe (z.B. Tauchgeschwindigkeit) und den Kalzinierungsvorgang. Parallel wurde ein zusätzlicher Versuchsreaktor konstruiert und in Betrieb genommen, dessen Dimensionen den hergestellten Wabenkatalysatoren entsprechen. Ein Teil der Wabenkatalysatoren aus den Versuchsreihen wurde in diesem Reaktor katalytisch aktiviert und im Rahmen von Methanisierungsversuchen auf ihre Aktivität getestet. Die Beladung und die Stabilität der Beschichtung wurde durch Wiegen der Waben vor und nach den Methanisierungsversuchen untersucht und bewertet. Neben einer zuverlässigen Arbeitsanweisung für die nass-chemische Katalysatorherstellung, konnte auch ein Ablauf für die erfolgreiche Aktivierung der Katalysatoren festgelegt werden. Die erreichten CO- und CO2-Umsatzgrade dieser Katalysatoren aus den Methanisierungsversuchen sind vergleichbar mit jenen Katalysatoren, die bis zum aktuellen Zeitpunkt am Lehrstuhl hergestellt wurden, zeigen jedoch eine verbesserte Haftung der Beschichtung sowie Langzeitstabilität. Der neu gebaute Versuchsreaktor kann in Zukunft für weitere Katalysatortests mit Waben- und Schüttkatalysatoren verwendet werden.

AB - Am Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes an der Montanuniversität Leoben werden im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte Wabenkatalysatoren für die CO- und CO2-Methansierung benötigt. Vor der Erstellung dieser Arbeit war eine reproduzierbare Fertigung der Katalysatoren in Hinblick auf die Beladung mit katalytisch aktivem Nickel, Aktivität und Stabilität am Lehrstuhl nicht gegeben. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde eine Arbeitsanweisung für die Herstellung solcher Wabenkatalysatoren erstellt. Dazu wurde in einem ersten Schritt eine umfassende Literaturrecherche zu den möglichen Beschichtungsmethoden und -parametern mit Washcoat und katalytisch aktiver Substanz durchgeführt. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden Versuchsreihen abgeleitet, in denen Waben (im Labormaßstab) beschichtet und die Einflüsse der Parametervariation auf die Qualität der Beschichtung und die Beladung untersucht wurden. Die Parametervariation umfasst neben der Slurrymanipulation durch Veränderung z.B. des Feststoffanteil oder der Viskosität auch den Tauchvorgang der Wabe (z.B. Tauchgeschwindigkeit) und den Kalzinierungsvorgang. Parallel wurde ein zusätzlicher Versuchsreaktor konstruiert und in Betrieb genommen, dessen Dimensionen den hergestellten Wabenkatalysatoren entsprechen. Ein Teil der Wabenkatalysatoren aus den Versuchsreihen wurde in diesem Reaktor katalytisch aktiviert und im Rahmen von Methanisierungsversuchen auf ihre Aktivität getestet. Die Beladung und die Stabilität der Beschichtung wurde durch Wiegen der Waben vor und nach den Methanisierungsversuchen untersucht und bewertet. Neben einer zuverlässigen Arbeitsanweisung für die nass-chemische Katalysatorherstellung, konnte auch ein Ablauf für die erfolgreiche Aktivierung der Katalysatoren festgelegt werden. Die erreichten CO- und CO2-Umsatzgrade dieser Katalysatoren aus den Methanisierungsversuchen sind vergleichbar mit jenen Katalysatoren, die bis zum aktuellen Zeitpunkt am Lehrstuhl hergestellt wurden, zeigen jedoch eine verbesserte Haftung der Beschichtung sowie Langzeitstabilität. Der neu gebaute Versuchsreaktor kann in Zukunft für weitere Katalysatortests mit Waben- und Schüttkatalysatoren verwendet werden.

KW - Wabenkatalysatoren

KW - Katalysator

KW - CO2-Methanisierung

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KW - Herstellung von Katalysatoren

KW - nasschemische Methoden

KW - Reaktorbau

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KW - trials

KW - laboratory scale

M3 - Masterarbeit

ER -