Technikumsanlagen

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- & CO_x-Umsatz, sowie CH₄-Ausbeute.
Die Anlage wird zur Optimierung der Methanisierung innerhalb der Prozesskette Power-to-Gas des Teams Energieverfahrenstechnik eingesetzt.

In der Reformierungsanlage können synthetisch hergestellte Gasmischungen (CO₂, CO, CH₄, H₂, H₂O, N₂, O₂) katalytisch zum erwünschten Hauptprodukt Synthesegas umgesetzt werden. Verschiedene Reforming Prozesse (Dampfreformierung, Trockenreformierung und partielle Oxidation von Methan) werden in einem in Zonen elektrisch beheizbaren Festbettreaktor mit 30 mm nutzbarem Durchmesser und ca. 350 mm Länge einzeln und simultan untersucht. Darüber hinaus sind Untersuchungen der reversen Wassergas-Shift Reaktion ebenfalls möglich.
Hauptaugenmerk der Forschungsarbeiten liegen auf der Produktgaszusammensetzung (speziell dem erzielten H₂/CO-Verhältnis), der Findung optimaler Betriebsbedingungen der Teil- und Gesamtprozesse und der Lebensdaueruntersuchung unterschiedlicher Katalysatoren.
Das Reaktor-Set-up ermöglicht experimentelle Untersuchungen bei Temperaturen zwischen 700-1200°C und Betriebsdrücken von bis zu 40 bar absolut. Der Eintrittvolumenstrom beträgt am maximalen Betriebspunkt 150 Nl/min oder 9 Nm³/h. Die Gasdosierung erfolgt über Druckgasflaschen, der Wasserdampf wird über eine Verdampfer-Einheit hergestellt. Ein in Labview aufgebautes Prozessleitsystem überwacht die Prozessparameter während der Versuchskampagnen und leitet die Anlage im Störungsfall automatisch in einen sicheren Zustand. Technikum des Lehrstuhls...

Die reverse Wasser-Gas Shift (rWGS) Reaktion bietet die Möglichkeit, das stabile CO₂ Molekül mit Wasserstoff katalytisch zu CO umzuwandeln. Die Kombination von CO und H₂, das sogenannte Synthesegas, wird als Feedgas bei den verschiedensten Synthesen, wie z.B. Methanol- oder Fischer Tropsch Synthese eingesetzt. Letztendlich kann aus den Syntheseprodukten ein umfangreiches Produktspektrum (Methanol, (Poly-) Olefine, Treibstoffe, uvm.) hergestellt werden.
Die rWGS Reaktion wird im Technikum untersucht. Dazu wurde die Reformierungsanlage derart adaptiert, sodass in diesem Versuchsaufbau ein Quarzglasreaktor anstatt des Edelstahlreaktors verwendet wird. Die möglichen Betriebsbedingungen des Reaktors liegen zwischen 350 bis 1.000 °C und 1 bis 7 bar(a). Die Wärmeeinbringung wird mit einem Röhrenofen der Fa. Carbolite durchgeführt, wodurch ein konstanter Temperaturverlauf über den gesamten Reaktor eingestellt werden kann. Idealerweise können mehrere Tests mit unterschiedlichen Katalysatormaterialien durchgeführt werden, da die Handhabung des Reaktors sowie der Tausch des Katalysatormaterials einfach und unkompliziert möglich ist. Der Reaktor ist für Gasdurchflüsse bis 20 Nl/min geeignet. Für den Feedstrom (Mischgas aus CO, CO₂, CH₄, H₂, N₂) und die Analytik werden die vorhandenen Einrichtungen der Reformierungsanlage verwendet.

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

Im Bild wird der am Lehrstuhl installierte Forschungsphotobioreaktor gezeigt, den wir in Kooperation mit ecoduna bei uns am Lehrstuhl errichtet haben und zur versuchsweisen Produktion von Mikroalgen verwenden. Der künstlich beleuchtete Reaktor mit 135 Liter Volumen besteht aus untereinander verbundenen, vertikalen Glasröhren, die ca. 3,5 m hoch sind und von unten begast werden. Das System wird derzeit von der ecoduna AG in Bruck/Leitha im großen Maßstab umgesetzt (www.ecoduna.com).

Mit Hilfe des Photobioreaktors wollen wir in Zukunft die Forschung an der Optimierung von Algen-Produktionssystemen vorantreiben. Ziel ist es, die Industrietauglichkeit der Systeme für eine großtechnische Algenproduktion aus Rauchgas-CO2 zu erhöhen und die Anlagenkosten zu senken.

Zusammen mit dem vorhandenen Versuchsautoklaven, können wir im Forschungsbereich damit die gesamte Produktionskette von Mikroalgen inklusive der hydrothermalen Umsetzung von Mikroalgenbiomasse zu einem raffinerietauglichen Einsatzprodukt für die Rohölverarbeitung abbilden und beforschen.

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.