Thermodynamische Berechnungen zur Hochtemperaturpyrolyse

Research output: ThesisDiploma Thesispeer-review

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Thermodynamische Berechnungen zur Hochtemperaturpyrolyse. / Gross, Barbara Elisabeth.
1996. 87 p.

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Gross, BE 1996, 'Thermodynamische Berechnungen zur Hochtemperaturpyrolyse', Dipl.-Ing., Montanuniversitaet Leoben (000).

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Gross, B. E. (1996). Thermodynamische Berechnungen zur Hochtemperaturpyrolyse. [Diploma Thesis, Montanuniversitaet Leoben (000)].

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title = "Thermodynamische Berechnungen zur Hochtemperaturpyrolyse",
abstract = "Die im Zusammenhang mit dem Projekt „Hochtemperaturpyrolyse von Problemkunststoffen“ durchgef{\"u}hrten thermodynamischen Berechnungen bei Temperaturen {\"u}ber 800° C weisen den gebildeten Ru{\ss} als unvermeidliches Pyrolyseprodukt aus. Kunststoffe, die nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, zeigen das besonders deutlich, aber auch sauerstoffh{\"a}ltige Polymere oder Naturstoffe liegen im Stabilit{\"a}tsbereich des Graphits. Zus{\"a}tzlich eingebrachter Sauerstoff kann aber den Ru{\ss}anteil vermindern.Die entstehende Gasphase enth{\"a}lt im thermodynamischen Gleichgewicht keine h{\"o}hermolekularen organischen Verbindungen und setzt sich aus CH4, H2, H2O, CO und CO2 zusammen. Sie ist nicht nur als chemischer Energiespeicher f{\"u}r eine nachfolgende Verbrennung, sondern auch als Reduktions- oder Synthesegas einsetzbar. Bei stickstoffh{\"a}ltigen Einsatzstoffen mu{\ss} aber in bestimmten Zusammensetzungsbereichen mit der Bildung von HCN gerechnet werden.Da die Hochtemperaturpyrolyse eine (rohstoffliche Verwertung von Kunststoffen zum Ziel hat, wurden Berechnungen f{\"u}r den Einsatz in Aggregaten zur Eisen- und Stahlerzeugung angestellt. Die vorhandenen hohen Temperaturen von etwa 1600°C erm{\"o}glichen die Zersetzung von Polyolefinen in ihre chemischen Bestandteile, die in unterschiedlichen Phasen auftreten. Kohlenstoff l{\"o}st sich dabei bis zur L{\"o}slichkeitsgrenze im Eisenbad und wird dann als Graphit ausgeschieden und steht in jedem Fall als Reduktionsmittel zur Verf{\"u}gung. Die entstehende Gasphase besteht zu {\"u}ber 99 % aus Wasserstoff.Die Pyrolyse als thermische Zersetzung unter Ausschlu{\ss} eines systemfremden Vergasungsmittels ist f{\"u}r die untersuchten Stoffe endotherm, da sowohl das Aufheizen auf Proze{\ss}temperatur als auch die L{\"o}sung des Kohlenstoffs im Stahlbad miteinbezogen wird. Exotherm wird der Proze{\ss} erst durch die Oxidation des Kohlenstoffs zu CO (oder CO2), wobei die entstehende W{\"a}rme zum Aufschmelzen von Schrott in Elektroofen genutzt werden kann.Bei den Berechnungen wurde vorausgesetzt, da{\ss} sich das Gleichgewicht einstellt. Das erfordert abh{\"a}ngig von den ablaufenden Reaktionen eine entsprechende Verweilzeit sowie gen{\"u}gend hohe Temperaturen. Ist das nicht der Fall, treten thermodynamisch metastabile Substanzen auf, wie z.B. teilkristalliner oder amorpher Kohlenstoff (Ru{\ss}) oder Pyrolyse{\"o}l. Theoretische {\"U}berlegungen und Ergebnisse der praktischen Arbeiten des Projekts waren die Basis f{\"u}r erste Versuche, auch diese beiden Fraktionen in die Berechnungen einzubeziehen. Eine solche Vorgangsweise erg{\"a}nzt thermodynamische Berechnungen durch die Einbeziehung praktischer Ergebnisse und/oder kinetischer Daten und gestattet eine bessere {\"U}bertragbarkeit der Berechnungen auf die Experimente.",
author = "Gross, {Barbara Elisabeth}",
year = "1996",
month = dec,
day = "12",
language = "Deutsch",
type = "Diploma Thesis",
school = "Montanuniversit{\"a}t Leoben (000)",

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TY - THES

T1 - Thermodynamische Berechnungen zur Hochtemperaturpyrolyse

AU - Gross, Barbara Elisabeth

PY - 1996/12/12

Y1 - 1996/12/12

N2 - Die im Zusammenhang mit dem Projekt „Hochtemperaturpyrolyse von Problemkunststoffen“ durchgeführten thermodynamischen Berechnungen bei Temperaturen über 800° C weisen den gebildeten Ruß als unvermeidliches Pyrolyseprodukt aus. Kunststoffe, die nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, zeigen das besonders deutlich, aber auch sauerstoffhältige Polymere oder Naturstoffe liegen im Stabilitätsbereich des Graphits. Zusätzlich eingebrachter Sauerstoff kann aber den Rußanteil vermindern.Die entstehende Gasphase enthält im thermodynamischen Gleichgewicht keine höhermolekularen organischen Verbindungen und setzt sich aus CH4, H2, H2O, CO und CO2 zusammen. Sie ist nicht nur als chemischer Energiespeicher für eine nachfolgende Verbrennung, sondern auch als Reduktions- oder Synthesegas einsetzbar. Bei stickstoffhältigen Einsatzstoffen muß aber in bestimmten Zusammensetzungsbereichen mit der Bildung von HCN gerechnet werden.Da die Hochtemperaturpyrolyse eine (rohstoffliche Verwertung von Kunststoffen zum Ziel hat, wurden Berechnungen für den Einsatz in Aggregaten zur Eisen- und Stahlerzeugung angestellt. Die vorhandenen hohen Temperaturen von etwa 1600°C ermöglichen die Zersetzung von Polyolefinen in ihre chemischen Bestandteile, die in unterschiedlichen Phasen auftreten. Kohlenstoff löst sich dabei bis zur Löslichkeitsgrenze im Eisenbad und wird dann als Graphit ausgeschieden und steht in jedem Fall als Reduktionsmittel zur Verfügung. Die entstehende Gasphase besteht zu über 99 % aus Wasserstoff.Die Pyrolyse als thermische Zersetzung unter Ausschluß eines systemfremden Vergasungsmittels ist für die untersuchten Stoffe endotherm, da sowohl das Aufheizen auf Prozeßtemperatur als auch die Lösung des Kohlenstoffs im Stahlbad miteinbezogen wird. Exotherm wird der Prozeß erst durch die Oxidation des Kohlenstoffs zu CO (oder CO2), wobei die entstehende Wärme zum Aufschmelzen von Schrott in Elektroofen genutzt werden kann.Bei den Berechnungen wurde vorausgesetzt, daß sich das Gleichgewicht einstellt. Das erfordert abhängig von den ablaufenden Reaktionen eine entsprechende Verweilzeit sowie genügend hohe Temperaturen. Ist das nicht der Fall, treten thermodynamisch metastabile Substanzen auf, wie z.B. teilkristalliner oder amorpher Kohlenstoff (Ruß) oder Pyrolyseöl. Theoretische Überlegungen und Ergebnisse der praktischen Arbeiten des Projekts waren die Basis für erste Versuche, auch diese beiden Fraktionen in die Berechnungen einzubeziehen. Eine solche Vorgangsweise ergänzt thermodynamische Berechnungen durch die Einbeziehung praktischer Ergebnisse und/oder kinetischer Daten und gestattet eine bessere Übertragbarkeit der Berechnungen auf die Experimente.

AB - Die im Zusammenhang mit dem Projekt „Hochtemperaturpyrolyse von Problemkunststoffen“ durchgeführten thermodynamischen Berechnungen bei Temperaturen über 800° C weisen den gebildeten Ruß als unvermeidliches Pyrolyseprodukt aus. Kunststoffe, die nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, zeigen das besonders deutlich, aber auch sauerstoffhältige Polymere oder Naturstoffe liegen im Stabilitätsbereich des Graphits. Zusätzlich eingebrachter Sauerstoff kann aber den Rußanteil vermindern.Die entstehende Gasphase enthält im thermodynamischen Gleichgewicht keine höhermolekularen organischen Verbindungen und setzt sich aus CH4, H2, H2O, CO und CO2 zusammen. Sie ist nicht nur als chemischer Energiespeicher für eine nachfolgende Verbrennung, sondern auch als Reduktions- oder Synthesegas einsetzbar. Bei stickstoffhältigen Einsatzstoffen muß aber in bestimmten Zusammensetzungsbereichen mit der Bildung von HCN gerechnet werden.Da die Hochtemperaturpyrolyse eine (rohstoffliche Verwertung von Kunststoffen zum Ziel hat, wurden Berechnungen für den Einsatz in Aggregaten zur Eisen- und Stahlerzeugung angestellt. Die vorhandenen hohen Temperaturen von etwa 1600°C ermöglichen die Zersetzung von Polyolefinen in ihre chemischen Bestandteile, die in unterschiedlichen Phasen auftreten. Kohlenstoff löst sich dabei bis zur Löslichkeitsgrenze im Eisenbad und wird dann als Graphit ausgeschieden und steht in jedem Fall als Reduktionsmittel zur Verfügung. Die entstehende Gasphase besteht zu über 99 % aus Wasserstoff.Die Pyrolyse als thermische Zersetzung unter Ausschluß eines systemfremden Vergasungsmittels ist für die untersuchten Stoffe endotherm, da sowohl das Aufheizen auf Prozeßtemperatur als auch die Lösung des Kohlenstoffs im Stahlbad miteinbezogen wird. Exotherm wird der Prozeß erst durch die Oxidation des Kohlenstoffs zu CO (oder CO2), wobei die entstehende Wärme zum Aufschmelzen von Schrott in Elektroofen genutzt werden kann.Bei den Berechnungen wurde vorausgesetzt, daß sich das Gleichgewicht einstellt. Das erfordert abhängig von den ablaufenden Reaktionen eine entsprechende Verweilzeit sowie genügend hohe Temperaturen. Ist das nicht der Fall, treten thermodynamisch metastabile Substanzen auf, wie z.B. teilkristalliner oder amorpher Kohlenstoff (Ruß) oder Pyrolyseöl. Theoretische Überlegungen und Ergebnisse der praktischen Arbeiten des Projekts waren die Basis für erste Versuche, auch diese beiden Fraktionen in die Berechnungen einzubeziehen. Eine solche Vorgangsweise ergänzt thermodynamische Berechnungen durch die Einbeziehung praktischer Ergebnisse und/oder kinetischer Daten und gestattet eine bessere Übertragbarkeit der Berechnungen auf die Experimente.

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