TY - THES

T1 - Performance Vergleich von Nickel und Ruthenium basierten Katalysatoren zur chemisch katalytischen Methanisierung von CO2

AU - Sendlhofer, Severin

N1 - gesperrt bis 03-09-2029

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Zur chemisch katalytischen Methanisierung von Kohlenstoffdioxid CO2 kommen verschiedene Edelmetallkatalysatoren in Frage, wobei häufig Nickel-und Rutheniumbasierte Katalysatoren Anwendung finden. Diese Arbeit vergleicht die Performance von Ni/Al2O3 und Ru/Al2O3 Katalysatoren anhand des CO2-Umsatzes und des axialen Temperaturprofils im Reaktor. Zusätzlich soll aufbauend auf den experimentellen Versuchen im gekühlten Doppelrohrreaktor an der Pilotanalage am Lehrstuhl für Verfahrenstechnik ein passendes Kinetikmodell für die Methanisierung an Ruthenium-Katalysatoren gefunden und evaluiert werden. Im Zuge der Versuchsreihen werden verschiedenste Betriebsparameter wie Druckstufe, Kühltemperatur und der auf das Katalysatorvolumen bezogene Gasdurchfluss (GHSV) variiert. Die Auswahl des Kinetikmodells basiert auf einer vorhergehenden Literaturrecherche und wird durch zwei unterschiedliche Simulationsansätze (Aspen Plus und Matlab) validiert. Die Versuche zeigen, dass der Rutheniumkatalysator erst bei hohen Drücken (> 10 bar) und niedrigen Kühltemperaturen (< 280 °C) einen besseren CO2-Umsatz erzielt als der Nickelkatalysator. Im Hinblick auf den axialen Temperaturverlauf im Reaktor werden die Temperaturspitzen bei Ruthenium im Vergleich zu Nickel deutlich stromabwärts in der Katalysatorschüttung erreicht ¿ insbesondere bei niedrige Kühltemperaturen (280°C) um knapp 0,05 m. Die Simulationen bestätigen das Ergebnis, wobei das angepasste Kinetikmodell nach Falbo et al. vor allem für geringe Durchflüsse bei 8000 h-1 und niedrige Drücke von 6 bar die experimentellen Ergebnisse in Bezug auf CO2-Umsatz, Temperaturprofil und Molenbruchverlauf gut abbildet. Für zukünftige Versuchsreihen lässt sich schlussfolgern, dass durch die höhere Aktivität von Ruthenium besonders bei niedrigeren Kühltemperaturen zwischen 230-280 °C und Drücken > 10 bar noch höhere CO2-Umsätze erzielt werden können.

AB - Zur chemisch katalytischen Methanisierung von Kohlenstoffdioxid CO2 kommen verschiedene Edelmetallkatalysatoren in Frage, wobei häufig Nickel-und Rutheniumbasierte Katalysatoren Anwendung finden. Diese Arbeit vergleicht die Performance von Ni/Al2O3 und Ru/Al2O3 Katalysatoren anhand des CO2-Umsatzes und des axialen Temperaturprofils im Reaktor. Zusätzlich soll aufbauend auf den experimentellen Versuchen im gekühlten Doppelrohrreaktor an der Pilotanalage am Lehrstuhl für Verfahrenstechnik ein passendes Kinetikmodell für die Methanisierung an Ruthenium-Katalysatoren gefunden und evaluiert werden. Im Zuge der Versuchsreihen werden verschiedenste Betriebsparameter wie Druckstufe, Kühltemperatur und der auf das Katalysatorvolumen bezogene Gasdurchfluss (GHSV) variiert. Die Auswahl des Kinetikmodells basiert auf einer vorhergehenden Literaturrecherche und wird durch zwei unterschiedliche Simulationsansätze (Aspen Plus und Matlab) validiert. Die Versuche zeigen, dass der Rutheniumkatalysator erst bei hohen Drücken (> 10 bar) und niedrigen Kühltemperaturen (< 280 °C) einen besseren CO2-Umsatz erzielt als der Nickelkatalysator. Im Hinblick auf den axialen Temperaturverlauf im Reaktor werden die Temperaturspitzen bei Ruthenium im Vergleich zu Nickel deutlich stromabwärts in der Katalysatorschüttung erreicht ¿ insbesondere bei niedrige Kühltemperaturen (280°C) um knapp 0,05 m. Die Simulationen bestätigen das Ergebnis, wobei das angepasste Kinetikmodell nach Falbo et al. vor allem für geringe Durchflüsse bei 8000 h-1 und niedrige Drücke von 6 bar die experimentellen Ergebnisse in Bezug auf CO2-Umsatz, Temperaturprofil und Molenbruchverlauf gut abbildet. Für zukünftige Versuchsreihen lässt sich schlussfolgern, dass durch die höhere Aktivität von Ruthenium besonders bei niedrigeren Kühltemperaturen zwischen 230-280 °C und Drücken > 10 bar noch höhere CO2-Umsätze erzielt werden können.

KW - Methanation

KW - Chemical process engineering

KW - Catalysis

KW - Simulation

KW - Power-to-gas

KW - Methanisierung

KW - Chemische Verfahrenstechnik

KW - Katalyse

KW - Simulation

KW - Power-to-Gas

U2 - 10.34901/mul.pub.2024.251

DO - 10.34901/mul.pub.2024.251

M3 - Masterarbeit

ER -