Technikumsanlagen
- Reaktorkaskade "Methanisierungsanlage"
- Anlage zur Untersuchung von katalytischen Hochtemperaturprozessen
- Midikolonne DN150
- Ionentauscher-Versuchsanlage
Reaktorkaskade "Methanisierungsanlage"
Im Technikum des Lehrstuhls für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes wird eine 3-stufige, katalytische Methanisierungsanlage betrieben. Drei Festbettreaktoren mit ca. 40 cm Höhe sind in Serie geschalten. Die Gasversorgung erfolgt über Druckgasflaschen (CO, CO2, H2, CH4 und N2), zusätzlich kann Wasserdampf zudosiert werden. Der Gasdurchsatz beträgt am maximalen Betriebspunkt 50 NL/min, der maximale Betriebsdruck liegt bei 20 bar. Die Zusammensetzung des synthetisch hergestellten Feedgases und die Menge an stöchiometrisch bis überstöchiometrischen Anteil an Wasserstoff können projektbezogen variiert werden. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit reale Prozessgase, die in Gasflaschen von Industriepartner abgefüllt wurden, den Methanisierungsreaktoren zuzuführen.
Als Katalysatoren werden sowohl kommerziell verfügbare Schüttkatalysatoren als auch ein eigens hergestellter Wabenkatalysator verwendet. Das katalytisch aktive Material ist in beiden Fällen oberflächlich aufgetragenes Nickel, welches die exothermen Methanisierungsreaktionen ermöglicht. Mit Hilfe eines integrierten Prozessüberwachungssystem an der Leitzentrale können vorherrschende Prozessparameter während des Betriebes kontrolliert werden. Eine automatische Datenaufzeichnung erleichtert eine anschließende Auswertung in Matlab® und MS Excel für gesuchte Outputgrößen wie H2- & COx-Umsatz, sowie CH4-Ausbeute.
Die Anlage wird zur Optimierung der Methanisierung innerhalb der Prozesskette Power-to-Gas des Teams Energieverfahrenstechnik eingesetzt.
Kontaktperson:
Philipp Wolf-Zöllner
Anlage zur Untersuchung von katalytischen Hochtemperaturprozessen
Unsere Hochtemperatur-Katalyse-Pilotanlage wurde speziell für die umfassende Untersuchung und Optimierung endothermer, katalytischer Prozesse wie der umgekehrten Wasser-Gas-Shift-Reaktion (rWGS), der Dampf- und Trockenreformierung (Bi-Reformierung) und dem Ammoniak-Cracken entwickelt, welche bei erhöhten Temperaturen ablaufen. Die vielseitige Pilotanlage, die ab Ende 2025 verfügbar sein wird, bietet hervorragende Voraussetzungen für experimentelle Studien im realistischen industriellen Maßstab.
Die Anlage kann unter anspruchsvollen Bedingungen betrieben werden und erreicht Temperaturen von bis zu 950 °C bei Drücken von bis zu 25 barg oder alternativ von bis zu 1050 °C bei Drücken von bis zu 10 barg. Die flexiblen Reaktorkonfigurationen, einschließlich Edelstahlreaktoren (mit und ohne inerte Beschichtung) und Quarzglasreaktoren, ermöglichen Tests unter präzisen und variablen Reaktionsbedingungen und ermöglichen die Untersuchung von Katalysatoren und die Prozessentwicklung für mehrere Reaktionssysteme.
Eine breite Palette von Eingangsgaszusammensetzungen – darunter Wasserstoff (H₂), Kohlendioxid (CO₂), Kohlenmonoxid (CO), Methan (CH₄), Stickstoff (N₂) und Kohlenwasserstoffgemische – steht zur Verfügung, ebenso wie die präzise Zudosierung und Verdampfung von Wasser (H₂O). In die Anlage ist eine moderne Analytik integriert, die eine kontinuierliche Überwachung der Produktgase mit der ND-IR-Technologie (ABB AO2000) ermöglicht, die durch eine Mikrogaschromatographie (µGC)-Analyse für eine präzise Charakterisierung ergänzt wird.
Die integrierte Siemens S7-Automatisierung und das umfassende LabVIEW-Datenmanagement sorgen für einen sicheren, zuverlässigen und flexiblen Betrieb.
Zusammenfassend, dient unsere Hochtemperatur-Pilotanlage der Entwicklung und dem Test von Katalysatoren, Reaktoren und der Prozessoptimierung im Bereich der katalytischen Hochtemperaturreaktionen.
Highlights:
- Vielseitige Untersuchungen von Hochtemperatur-Reaktionen (z.B. rWGS, Bi-Reforming, Ammoniak-Cracking)
- Betriebstemperaturen bis zu 950 °C (25 barg) und optional 1050 °C (10 barg)
- Flexible Reaktorkonfigurationen: Edelstahl, inert-beschichteter Stahl, Quarzglas
- Modulares Design, geeignet für den flexiblen Einsatz
- Variable Feedgaszusammensetzungen (H₂, CO₂, CO, CH₄, N₂, Kohlenwasserstoffe, H₂O-Dampf, NH3)
- Präzise Analytik: kontinuierliche ND-IR (ABB AO2000) und Mikro-GC-Gasanalyse
- Ideal für Katalysatorstudien und Prozessoptimierung im Pilotanlagen-Maßstab
- Vollständig automatisierter und sicherer Betrieb mit Siemens S7 und LabVIEW-Integration
- Konformität mit EU-Richtlinien (Maschinenrichtlinie, ATEX, CE-Zertifizierung)
Technische Spezifikationen:
- Betriebstemperatur: bis 1050 °C (bis 10 barg) und 950 °C (bis 25 barg)
- Beheiztes, isothermes Katalysatorbett: bis zu 20 cm Länge
- Katalysatorbeladung (GHSV): bis zu 67.000 h⁻¹
Verfügbare Reaktorkonfigurationen:
- Reaktor 1: Edelstahlreaktor mit einem Innendurchmesser von 15 mm (bis 950 °C)
- Reaktor 2: Edelstahlreaktor mit inertem Beschichtungsmaterial, Innendurchmesser 15 mm (bis 800 °C)
- Reaktor 3: Quarzglasreaktor mit einem Innendurchmesser von 10 mm (bis 950 °C)
Untersuchte Reaktionssysteme (Auswahl):
- Katalytisches Cracken von gasförmigen Komponenten aus der Biomassevergasung („High Temperature Catalytic Cracking“)
- Reverse-Water-Gas-Shift-Reaktion (rWGS) (H₂:CO₂ = 3:1; 30 NL/min:10 NL/min; GHSV = 67.000 h⁻¹)
- Methandampfreformierung und trockene Reformierung (CH₄:H₂O = 1:3; 10 NL/min:30 NL/min; GHSV = 67.000 h⁻¹)
- Kombination aus Methandampfreformierung und rWGS-Reaktion
- Steam-Cracking-Reaktionen mit längerkettigen, gasförmigen Kohlenwasserstoff-Feedstocks
- Ammoniak-Cracking
Kontaktperson:
Christoph Markowitsch
Midikolonne DN150
Die Midikolonne besteht aus zwei transparenten Schüssen mit jeweils einem Durchmesser von 150mm sowie einer möglichen Packungshöhe von 1,4 m. Hierbei dient eine Kolonne als Messkolonne und die andere als Sättiger. Beide Kolonnen sind mit einem Topfflüssigkeitsverteiler und einem Gasverteiler ausgestattet. Die Flüssigkeitsverschaltung ist so ausgelegt, dass die Messkolonne sowohl im Kreislauf als auch im „single-way“ Verfahren benutzt werden kann.
Die Kolonne ist so ausgelegt, dass sie alle Abmessungen genau 30% unserer Pilotanlage mit DN450 betragen und so eine Übertragung der Messergebnisse einfach möglich ist.
An dieser Anlage sind sowohl hydraulische Vermessungen (Druckverlust, Hold-up, Stau- und Flutpunkt) als auch Stoffaustauschmessungen mit denselben Stoffsystemen wie bei der Pilotanlage möglich.
Midikolonne
Kontaktperson:
Verena Wolf-Zöllner
Ionentauscher-Versuchsanlage
Mit der Ionentauscher-Versuchsanlage können wir unterschiedliche Materialien für den Einsatz in der Abwasserreinigung testen. Die Anlage besteht aus drei separaten Ionentauscherkolonnen aus Plexiglas (Innendurchmesser 120 mm), welche mit jeweils ca. 2 kg Ionentauschermaterial befüllt werden können. Die lose Schüttung ist zwischen zwei Glasfilterplatten eingespannt und wird von unten nach oben durchströmt (maximaler Durchfluss ca. 2,5 l min-1). Zulauf und Ablauf sind jeweils mit einem Thermoelement versehen. Unterhalb der Kolonnen sind ein Vorlage- (ca. 20 l) und ein Regenerationsbehälter (ca. 35 l) angeordnet, welche mit Rühreinrichtungen ausgestattet sind. Aus den beiden Behältern erfolgt die Versorgung der Ionentauscherkolonnen über zwei Schlauchpumpen mit Beladungs- bzw. Regenerationslösung
Die modulare Bauweise erlaubt den gleichzeitigen Betrieb eines getrennten Beladungs- und Regenerationskreislaufes, wobei die drei Ionentauscher-Kolonnen in Serie, parallel oder separat angesteuert werden können. Der Regenerationsbehälter ist gasdicht ausgeführt, beheizbar und mit einer pH-gesteuerten Chemikaliendosierung ausgestattet. Die Anlage wird derzeit vorwiegend für die Untersuchung des Ionenaustauschverhaltens natürlicher Zeolithe eingesetzt.
