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Manuel Haas, M. Sc.

Manuel Haas, M. Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter
wissenschaftlicher Mitarbeiter
Raum: 102
CN 430

Tel.: +49 721 608-24253
manuel haasSay7∂kit edu

Engler-Bunte-Institut, Teilinstitut Chemische Energieträger - Brennstofftechnologie
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)



Untersuchung der brennernahen Subprozesse in Flugstromvergasern

Messung von Tropfengrößen und –geschwindigkeiten im Flugstromvergaser REGA mittels Phasen-Doppler-Anemometrie (PDA)
Messung von Tropfengrößen und –geschwindigkeiten im Flugstromvergaser REGA mittels Phasen-Doppler-Anemometrie (PDA)
Links: OH*-Chemilumineszenz im Flugstromvergaser, aufgenommen mit einem Bandpassfilter bei λ=310 nm. Die OH-Radikale markieren die Oxidationszone. Rechts: Aufnahme der Flamme im sichtbaren Licht. (Fleck, Hotz)
Links: OH*-Chemilumineszenz im Flugstromvergaser, aufgenommen mit einem Bandpassfilter bei λ=310 nm. Die OH-Radikale markieren die Oxidationszone. Rechts: Aufnahme der Flamme im sichtbaren Licht. (Fleck, Hotz)

Die Flugstromvergasung ist ein wichtiger Baustein zum Gelingen der Energiewende sowie zur Lösung des Recyclingproblems durch Schließen der Kohlenstoffkreisläufe. Das Verfahren zeichnet sich sowohl durch seine hohe Flexibilität auf der Eduktseite (Biogene Stoffe, Kunststoffe, Rückstände etc.) als auch die große Bandbreite der Nutzung des erzeugten Synthesegases (Chemikalien, Kraftstoffe, Polymere etc.) aus. Das Synthesegas, ein Gemisch aus CO und H2, wird im Vergasungsprozess durch eine partielle Oxidation der Brennstoffe gewonnen. Dieses kann beispielsweise im Fischer-Tropsch-Prozess zu einem erneuerbaren flüssigen Kraftstoff gewandelt werden.

Im Flugstromvergaser des am KIT entwickelten bioliq-Verfahrens wird zunächst der flüssige Brennstoff zusammen mit dem Vergasungsmedium (O2, H2O) zu einem feinen Spray zerstäubt. In einer das Spray umgebenden heißen Zone finden bei Temperaturen über 1200°C anschließend zahlreiche Subprozesse überlagert statt. Dazu gehören einerseits endotherme Vorgänge wie Tropfenverdampfung, Sekundärpyrolyse und Vergasungsreaktionen, andererseits auch exotherme Oxidationsreaktionen, die die Wärme für die anderen Subprozesse bereitstellen. Für den Betrieb und die Auslegung von Flugstromreaktoren ist ein detailliertes Verständnis dieser Vorgänge und deren Wechselwirkung essentiell.

Ein besonderes Augenmerk der Untersuchungen liegt hierbei auf dem Zusammenhang zwischen Zerstäubung und Synthesegasqualität. Ziel bei der Flugstromvergasung ist das Erreichen eines vollständigen Umsatzes bei möglichst geringer Produktion von Schadstoffen (Ruß, Teere, Kohlenwasserstoffe) im Synthesegas, sodass das Synthesegas möglichst direkt in katalytischen Reaktoren zu den Zielprodukten umgesetzt werden kann. Eine entscheidende Stellgröße zur Steuerung dieser Vorgänge ist die Konzeption der Brennerdüse, wodurch Strömungsfeld, räumliche Verteilung der Tropfengrößen sowie Gestalt und Stabilität der Reaktionszonen bestimmt werden.

Zur Untersuchung dieser Vorgänge muss aufgrund der im Reaktor herrschenden extremen Bedingungen neben konventioneller invasiver Analytik (Online FID, GC, Thermoelemente, Partikelabsaugung) auch auf nicht-invasive optische Messtechniken zurückgegriffen werden. Hierfür steht mit dem Flugstromvergaser REGA (https://www.itc.kit.edu/1000.php) am Institut für Technische Chemie, ITC vgt (https://www.itc.kit.edu/57.php) eine Anlage im Technikumsmaßstab mit einer Vielzahl an Messstellen zur Verfügung. Zum Einsatz kommen hier unter anderem neben Phasen-Doppler-Anemometrie (PDA) zur Bestimmung von Strömungefeld und Tropfengrößenverteilung auch die Messung von Chemilumineszenz, um hochreaktive Zwischenprodukte und damit die einzelnen Subprozesse (Verdampfung, Oxidation, Vergasung...) zu lokalisieren.

Arbeitschwerpunkte

  • Flugstromvergasung von biomasse-basierten Brennstoffsuspensionen
  • Untersuchung des Vergasungsprozesses mit (Laser-)optischen Messmethoden
  • Analyse der chemischen und thermischen Subprozesse im Brennernahbereich
  • Beschreibung des Einflusses des Brennerdesigns auf die Synthesegasqualität

Anlagen:
REGA https://www.itc.kit.edu/1000.php


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