Engler-Bunte-Institut, Chemische Energieträger – Brennstofftechnologie | EBI ceb
Manuel Haas, M. Sc.

Manuel Haas, M. Sc.

  • Engler-Bunte-Institut, EBI ceb
    Chemische Energieträger – Brennstofftechnologie

    Engler-Bunte-Ring 1
    76131 Karlsruhe

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)
Die Hauptreaktionszone im Flugstromvergaser wird durch die OH*-Radikale markiert. Die Anzahlverteilung der Brennstofftropfen in verschiedenen Düsenabständen ermöglicht Rückschlüsse auf die Umsetzung des Flüssigbrennstoffs KIT
Die Hauptreaktionszone im Flugstromvergaser wird durch die OH*-Radikale markiert. Die Anzahlverteilung der Brennstofftropfen in verschiedenen Düsenabständen ermöglicht Rückschlüsse auf die Umsetzung des Flüssigbrennstoffs

Die Flugstromvergasung ist ein wichtiger Baustein der Energiewende sowie ein Mittel zur Lösung des Recyclingproblems durch Schließen des anthropogenen Kohlenstoffkreislaufs. Das Verfahren zeichnet sich sowohl durch seine hohe Flexibilität auf der Eduktseite (Biogene Einsatzstoffe, Kunststoffabfälle, 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 thermochemische 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.

Ziel bei der Flugstromvergasung ist das Erreichen eines vollständigen Kohlenstoffumsatzes bei möglichst geringer Produktion von Schadstoffen 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 Brennstofftropfen, sowie Gestalt und Stabilität der Reaktionszonen bestimmt werden.

Zur Untersuchung dieser Vorgänge muss aufgrund der im Reaktor herrschenden 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 zur Verfügung. Zum Einsatz kommen hier unter anderem neben Phasen-Doppler-Anemometrie (PDA) zur Bestimmung von Strömungefeld und Tropfengrößenverteilung auch die Messung von Laserinduzierter Fluoreszenz, um hochreaktive Zwischenprodukte und damit die einzelnen Subprozesse zu lokalisieren.

Poster

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

Veröffentlichungen und Tagungsbeiträge


Entrained flow gasification of biogenic fuels – application of characteristic parameters to describe syngas quality and yield.
Fleck, S.; Santo, U.; Eberhard, M.; Haas, M.; Kolb, T.
2019. 29. Deutscher Flammentag (2019), Bochum, Deutschland, 17.09.2019 – 18.09.2019
Reaction Zone Characterization in Entrained Flow Gasification Spray Flames.
Haas, M.; Fleck, S.; Hotz, C.; Kolb, T.
2019. Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe Hochtemperaturtechnik (2019), Karlsruhe, Deutschland, 2.–3. April 2019
Polymer crystallinity and crystallization kinetics via benchtop 1 H NMR relaxometry: Revisited method, data analysis, and experiments on common polymers.
Räntzsch, V.; Haas, M.; Özen, M. B.; Ratzsch, K.-F.; Riazi, K.; Kauffmann-Weiss, S.; Palacios, J. K.; Müller, A. J.; Vittorias, I.; Gisela Guthausen; Wilhelm, M.
2018. Polymer, 145, 162–173. doi:10.1016/j.polymer.2018.04.066