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DGMK-Tagung “Konversion von Biomassen und Kohlen” 9.-11. Mai 2016 in Rotenburg a.d.F.
Beeinflussung heterogener Gasphasenreaktionen in einem koaxialen nichtthermischen DBD Plasmareaktor P. Schröder*, S. Arumugam**, Y. Neubauer* *TU Berlin, Institut für Energietechnik, **Universität Rostock, Institut für Elektrische Energietechnik
Abstract Thermo-chemische Prozesse zur Herstellung von Brenn- und Synthesegasen aus kohlenstoffreichen regenerativen Energieträgern sind im kleinen (einige 100 kW) bis mittleren Leistungsbereich (in Größenordnungen von MW) am Markt verfügbar. Eine hinreichende Gasreinigung in diesem Leistungsbereich erfordert jedoch erhebliche spezifische Investitionskosten. Die schwankende Rohgaszusammensetzung der Vergaser, insbesondere im kleinen Leistungsbereich, und die hohen Anforderungen an die Reinheit der Produktgase erfordern komplexe und variable als auch zuverlässige Verfahren der Partikel- und Teerabscheidung zur Sicherung der Anlagenverfügbarkeit. Darüber hinaus werden bei katalytischen Gasbehandlungen für Teerabbau, Shift-Reaktionen und Synthesen besondere Anforderungen an die Gasreinheit gestellt.
Mit Hilfe nicht-thermischer Plasmen können organische Verbindungen wie VOC‘s und Kohlenwasserstoffe abgebaut werden. Im hier vorgestellten Ansatz wird in einem koaxialen nicht-thermischen Plasmareaktor die heterogene Reformierung von Permanentgasen, Kohlenwasserstoffen als auch Dampf bei Atmosphärendruck untersucht. Anstelle der üblicherweise in solchen Prozessen verwendeten Katalysatormaterialien werden Kokspartikel eingesetzt, die aus einem Wirbelschichtvergaser zur Vergasung von Holzhackschnitzeln stammen. Ziel der Arbeit ist die Beeinflussung der heterogenen Gasphasenreaktionen an porösen, kohlenstoffreichen Kokspartikeln durch den Einsatz eines nicht-thermischen Plasmas. In den Untersuchungen geht es um dem Abbau von Kohlenwasserstoffverbindungen und die Reformierung von Permanentgasen und Wasserdampf zur Erhöhung des Kohlenstoffumsatzes. Durch die starken Wechselwirkungen von freien Elektronen, gasförmigen radikalen Spezies und ionisierten Molekülen mit der Kokspartikeloberfläche und der porösen Partikelstruktur wird eine Beeinflussung der Gasqualität (Zusammensetzung, Teergehalt) als auch ein intensivierter Abbau des festen Kohlenstoffs erwartet.
Die kohlenstoffreichen Kokspartikel sind von Natur aus elektrisch leitfähig. Die erste Herausforderung war es, ein nicht-thermisches Plasma in der Anwesenheit von Kokspartikeln zünden zu können. Ergebnisse zur Reformierung von Permanentgasen und zum Abbau von Kohlenwasserstoffverbindungen in einem nicht-thermischen Plasmareaktors in Anwesenheit von Kokspartikeln werden vorgestellt. Die Betriebsparameter Spannung und Entladungsstrom des Plasmareaktors werden für die jeweiligen Experimente zur Ermittlung des Leistungseintrags in den nicht-thermischen Plasmareaktors ausgezeichnet, die Zusammensetzung der Gasphase wird online mittels FT-IR und µ-GC gemessen.
