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.

M3 - Diplomarbeit

ER -