Reformierung mittels Partieller Oxidation
Die Bereitstellung von Wasserstoff zur dezentralen Versorgung von Brennstoffzellen kann im praktischen Einsatz mittels verschiedener Reformierungsprozesse erfolgen. Darunter fällt auch das exotherme Verfahren der Partiellen Oxidation, bei der der im allgemeinen flüssige oder gasförmige fossile Brennstoff mit Wasser und Sauerstoff bzw. Luft unterstöchiometrisch versetzt wird. Das Produkt des Reformierungsprozesses ist ein Synthesegas hauptsächlich bestehend aus Wasserstoff H2 und Kohlenmonoxid CO, das in dieser Form bereits in Hochtemperaturbrennstoffzellen einsetzbar ist. Für den Einsatz in Mittel- und Niedertemperaturbrennstoffzellen sind eine Shiftreaktion zur Entfernung des Kohlenmonoxids und eine CO2-Reinigung durchzuführen.
In der am Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik zur Verfügung stehenden Versuchsanlage soll die Reformierung von flüssigen Brennstoffen wie z.B. Diesel im Hinblick auf die Russbildung untersucht werden. Die wesentlichen Einflussparameter dabei sind die Reaktionstemperatur, der Druck, die Stöchiometrie, die Verweilzeit und das Wasser-Kohlenstoffverhältnis H2O/C.
Aufbau
Die Versuchsanlage gliedert sich in die Teilbereiche
- Reaktor,
- Luftvorwärmung,
- Feedvorwärmung,
- Probenahme und
- Abgasausbrand.
Der schematische Aufbau der Anlage ist in Abbildung 1 dargestellt.
Das Kernstück der Anlage bildet der zylindrische Druckmantel, in dem sich der aus Feuerfestbeton gegossene POX-Reaktor befindet (siehe Abbildung 2). In diesem werden die durch sechs elektrische Kanthal-Heizelemente auf bis zu 1400°C vorgewärmte Luft sowie das in einem Hochtemperatur-Rohrofen auf bis zu 450°C vorgewärmte Wasser/Diesel-Gemisch zusammengeführt und reagieren miteinander.
Ein Teilstrom der dabei entstehenden Reaktionsprodukte wird durch eine ölgekühlte, vertikal verstellbare Probenahmesonde dem Abgasstrom entnommen und stark mit Stickstoff verdünnt dem Russfilter und der Gasanalyse zugeführt. Die Erfassung der bei der Reaktion entstandenen Russmenge erfolgt gravimetrisch.
Der Rest des Abgasstroms wird zunächst durch einen Zyklon zur Grobabscheidung von Feststoffpartikeln und durch eine Feinfiltereinheit geführt und anschließend mit Hilfe eines handelsüblichen Industriegasbrenners vollständig umgesetzt.
