Schlussbericht
(Deutsch)
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In diesem Projekt wurden die Grundlagen für Design und Optimierung einer Hochtemperatur-Entschwefelung für biogene Produktgase erarbeitet, die hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrades und der Anlagenverfügbarkeit gegenüber der Niedertemperatur-Entschwefelung Vorteile hat.
Mittels Feldmessungen an Versuchsanlagen wurden zunächst die Anforderungen an die Reinigungsstufen überprüft, d.h. Gehalt und Art der Schwefelspezies wurden untersucht. Hierzu war der Aufbau einer speziellen Schwefeldiagnostik (Probenahmesystem, Gaschromatograph (GC) mit Schwefelchemoluminiszenz-Detektor (SCD)) zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Schwefelspezies im ppm bis ppb - Bereich notwendig. Die Methode wurde zunächst optimiert durch Einspritzung von Einzelkomponenten (H2S, COS, Mercaptane, Thiophene). Ein stationärer Wirbelschichtvergaser am PSI wurde genutzt für die Bestimmung dieser Spezies im Rohgas. Thiophen bildet den Hauptanteil des organisch gebundenen Schwefels im Produktgas. Weitere rund 10% bestehen aus Benzothiophenen. Rund ein Viertel der schwefelorganischen Verbindungen kann den Mercaptanen zugerechnet werden.
An der 1 MWSNG-Pilotanlage in Güssing wurde mit einem zweiten SCD-Messsystem die Gesamtschwefelkonzentration reproduzierbar gemessen. Es zeigt sich, dass die Niedertemperatur-Gasreinigungsstufen in der Lage sind, das Produktgas von hohen Konzentrationen (40-50 ppm im teilgereinigten Gas) bis hinunter in den 1 ppm-Bereich zu reinigen.
Für die Hochtemperatur-Entschwefelung mussten geeignete Katalysatoren und Betriebsweisen identifiziert werden. Mögliche Entschwefelungskatalysatoren (CPO, HDS), sowie hochtemperaturfeste Nickelkatalysatoren wurden getestet. Für den getesteten HDS-Katalysator wurde festgestellt, dass es für die getesteten Bedingungen keine messbare katalytische Aktivität für Methanisierung, der Wassergaskonvertierung und der Schwefelkonvertierung gibt. Mittels TPO konnte gezeigt werden, dass schwefelhaltige polymerische Kohlenstoffablagerungen den Katalysator durch Einkapselung der aktiven Zentren und/oder Verstopfung der Poren deaktiviert haben. Bei den CPO-Katalysatoren und den hochtemperaturfesten Nickelkatalysatoren stellte sich heraus, dass aromatische Verbindungen mit Heteroatomen (Anisol und Thiophen als Testsubstanzen) erheblich leichter unter Dampfreformierungsbedingungen abgebaut werden können als z.B. Toluol. Hierbei war jedoch die organische Schwefelverbindung stabiler als die sauerstoffhaltige.
Aufbauend auf den erarbeiteten Erkenntnissen können nunmehr Hochtemperatur-Entschwefelungsvarianten für die Prozesse „Methan aus Holz“ und „Holzvergasung mit anschliessender Verstromung über eine Hochtemperaturbrennstoffzelle“ weiter ausgearbeitet und optimiert werden.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Labor für Energie und Stoffkreisläufe, Allgemeine Energieforschung, Paul Scherrer Institut
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Schildhauer,T. J.
Biollaz,Serge
Zugehörige Dokumente
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