TY - THES

T1 - Stand des Wissens und Orientierungsversuche zur Methanpyrolyse

AU - Weiss, Hanna

N1 - gesperrt bis 15-02-2026

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Wasserstoff wird vielfach als Energieträger der Zukunft und Reduktionsmittel für chemische und metallurgische Prozesse gesehen. Es ist allerdings notwendig, dass CO2-freie oder zumindest -arme Verfahren zur Herstellung des Wasserstoffs herangezogen werden. Solch ein Verfahren ist die Methanpyrolyse, bei der aus Methan Wasserstoff und Kohlenstoff gebildet werden. Um die Reaktion ablaufen zu lassen, sind zwei Prozessführungen möglich. Einerseits nichtkatalytisch, wofür Temperaturen über 1000 °C nötig sind, oder andererseits mit Hilfe eines Katalysators. Einleitend werden in der Arbeit die unterschiedlichen Verfahrensvarianten erläutert, um diese nachfolgend in einer detaillierten Beschreibung, basierend auf experimentellen Daten wissenschaftlicher Veröffentlichungen, zu vertiefen. Die Analyse der einzelnen industriell angewandten Prozesse und zugehöriger Patente bilden den Abschluss der theoretischen Betrachtung. Im anschließenden experimentellen Teil wurden die rein thermische sowie die katalytische Methanpyrolyse in einem bis 1200 °C beheizbaren Rohrreaktor untersucht. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme und Leerrohrversuchen konnten verschiedene Bettmaterialien hinsichtlich ihrer katalytischen Aktivität getestet werden. Die Versuche zeigten, dass Aktivkohle zwar die höchste Aktivität aufwies, da bereits bei weniger als 650 °C die Wasserstoffbildung einsetzte, jedoch unterlag sie auch der stärksten Deaktivierung. Dies äußerte sich in der Form, dass keine konstante Wasserstoffkonzentration während der Experimente gemessen wurde, denn nach Erreichen eines Maximums nahm der Anteil an Wasserstoff rasch wieder ab. Wie auch in der Literatur beschrieben stellt die Deaktivierung die größte Herausforderung für katalytische Festbettreaktoren bei der Methanpyrolyse dar, weshalb weitergehende Untersuchungen und Entwicklungen zur Erhöhung der Katalysatorstabilität sowie zur Optimierung der Prozessbedingungen notwendig sind.

AB - Wasserstoff wird vielfach als Energieträger der Zukunft und Reduktionsmittel für chemische und metallurgische Prozesse gesehen. Es ist allerdings notwendig, dass CO2-freie oder zumindest -arme Verfahren zur Herstellung des Wasserstoffs herangezogen werden. Solch ein Verfahren ist die Methanpyrolyse, bei der aus Methan Wasserstoff und Kohlenstoff gebildet werden. Um die Reaktion ablaufen zu lassen, sind zwei Prozessführungen möglich. Einerseits nichtkatalytisch, wofür Temperaturen über 1000 °C nötig sind, oder andererseits mit Hilfe eines Katalysators. Einleitend werden in der Arbeit die unterschiedlichen Verfahrensvarianten erläutert, um diese nachfolgend in einer detaillierten Beschreibung, basierend auf experimentellen Daten wissenschaftlicher Veröffentlichungen, zu vertiefen. Die Analyse der einzelnen industriell angewandten Prozesse und zugehöriger Patente bilden den Abschluss der theoretischen Betrachtung. Im anschließenden experimentellen Teil wurden die rein thermische sowie die katalytische Methanpyrolyse in einem bis 1200 °C beheizbaren Rohrreaktor untersucht. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme und Leerrohrversuchen konnten verschiedene Bettmaterialien hinsichtlich ihrer katalytischen Aktivität getestet werden. Die Versuche zeigten, dass Aktivkohle zwar die höchste Aktivität aufwies, da bereits bei weniger als 650 °C die Wasserstoffbildung einsetzte, jedoch unterlag sie auch der stärksten Deaktivierung. Dies äußerte sich in der Form, dass keine konstante Wasserstoffkonzentration während der Experimente gemessen wurde, denn nach Erreichen eines Maximums nahm der Anteil an Wasserstoff rasch wieder ab. Wie auch in der Literatur beschrieben stellt die Deaktivierung die größte Herausforderung für katalytische Festbettreaktoren bei der Methanpyrolyse dar, weshalb weitergehende Untersuchungen und Entwicklungen zur Erhöhung der Katalysatorstabilität sowie zur Optimierung der Prozessbedingungen notwendig sind.

KW - methane pyrolysis

KW - hydrogen

KW - pyrolysis

KW - methane decomposition

KW - Methanpyrolyse

KW - Wasserstoff

KW - Pyrolyse

KW - Methanspaltung

M3 - Masterarbeit

ER -