Carbon2Chem^®-Technikum

Ziel

Großtechnische Methanolsynthese auf Basis von Hüttengasen

• Nachweis der Katalysatorperformance und Stabilität mit alternativen Synthesegasen aus Hüttengasen
• Validierung des Gasreinigungskonzeptes zur Synthesegaserzeugung
• Vergleich zwischen realen und synthetischen Synthesegasen 

Anwendung

• Methanolsynthese

Technische Spezifikation

• Rohrreaktor mit elektrischer Beheizung
• Edelstahl (ø 9 mm, 100 bar)
• Reales Hüttengas
• Künstliches Hüttengas
• Dosierung von reinem CO₂
• Gaschromatograph (FID/TCD)

Erprobung der Electric Swing Adsorption zur Abtrennung von Minorkomponenten und Wertstoffen aus verschiedenen Hüttengasen
 

Ziel

Adsorptive Behandlung von Hüttengasen mit anschließender Regeneration von Adsorbentien mittels elektrischem Strom

• Abtrennung stark adsorbierter Komponenten
• Ausnutzung elektrischer Leitfähigkeit von Aktivkohle
• Modifizierung nicht-leitfähiger Adsorbentien
• Effiziente und Gradienten-arme Beheizung der Adsorber
   

Anwendung

• Reversible Abtrennung stark adsorbierter Minorkomponenten
  aus Abgasen
• Effiziente Regeneration von Adsorbentien
• Schutz für andere Adsorptionstechnologien
   

Technische Spezifikation

• Adsorber-Behälter mit jeweils 35 L Volumen
• Volumenstrom bis 6 Nm³/h
• Desorption bis 350 °C
• Gleichzeitige Adsorption und Desorption in zwei Behältern

Ziel

Desoxygenierung von Koksofengas

• Selektive Umsetzung von Spurensauerstoff mittels nichtthermischen Plasma
• Ermittlung geeigneter Reaktor- und Generatorkonfigurationen für eine energieeffiziente Umsetzung
• Untersuchung des Betriebsverhalten im realen Koksofengas
• Bewertung der Skalierbarkeit der Plasmatechnologien
  
  

Anwendung

• Sauerstoffentfernung aus Gasen mit katalysatordesaktivierenden Spurenkomponenten
• Abgasreinigung unter dynamischen Prozessbedingungen
  
  

Technische Spezifikation

• 2 Plasmareaktoren (Dielektrische behinderte Entladung im Gasvolumen oder an der Elektrodenoberfläche)
• Volumenströme bis 10 Nm³/h, Drücke bis 5 barü, Spannungen bis 10 kV, Frequenzen von 4-500 kHz
• Mehrkanalanalysator für Spurensauerstoff (elektrochemischer Pb/PbO2 Sensor), CO, CO2, CH4 (Infrarotzellen) und H2 (Wärmeleitfähigkeitsdetektor)

Untersuchung der industriellen Ammoniaksynthese mit Realgasen aus dem Hüttenwerk im Labormaßstab

Ziel

• Großtechnische Ammoniaksynthese auf Basis von Hüttengasen
• Nachweis der Katalysatorperformance und Stabilität mit alternativen Synthesegasen aus Hüttengasen
• Validierung des Gasreinigungskonzeptes zur Synthesegaserzeugung
• Vergleich zwischen realen und synthetischen Synthesegasen

Anwendung

• Ammoniaksynthese

Technische Spezifikation

• Zwei Edelstahl-Rohrreaktoren mit elektrischer Beheizung
  
• Reales Hüttengas
• Synthetisches Hüttengas
• Gastrocknung mit Spurenfeuchtemessung
• Gaschromatograph (FID/TCD)
• Elektrochemische Sauerstoff Sensoren

Im Labor 5 im Carbon2Chem®-Technikum kontrolliert und überwacht das Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion aus Mülheim a.d. Ruhr die Funktionsweise der Gasreinigung mittels extra dafür konzipierter Geräte. So können Spurenkomponenten, die trotz der Reinigung im Gas verbleiben und dadurch evtl. die nachgeschalteten Prozesse stören könnten, sofort identifiziert werden. Mit dem interaktiven Laborrundgang gewähren die Wissenschaftler*innen und Techniker*innen einen Einblick in ihre Arbeit. 

zum interaktiven Laborrundgang

Labor 5 ist ein High-Tech-Analysenlabor zur Analyse der Gase aus der Gasaufbereitung, bevor diese durch die Projektpartner in anderen Laboren in Rohstoffe umgewandelt werden. Dabei wird die Gaszusammensetzung durch ein PTR-QiTOF-MS (Proton Transfer Reaction-Quadrupole interface-Time of Flight-Mass Spectrometer) sowie durch zwei Micro-GCs bis ins kleinste Detail bestimmt.

Ziel

Kontinuierliche Online-Messung der gereinigten Gase und Identifizierung aller Haupt- (%-Bereich), Neben-(‰ bis ppm-Bereich) und Spurenverbindungen (ppb bis ppt-Bereich)

• Identifizierung von potenziellen Katalysatorgiften im ppb- bzw. ppt-Bereich
• Quantifizierung und Überwachung der Zeitverläufe möglicher vorhandener kritischer Komponenten
  
  

Anwendung

• Chromatographische Bestimmung von Haupt- und Nebenkomponenten
• Charakterisierung der Spurenkomponenten mit drei verschiedenen Primärionen (H3O+, NO+ und O2+)
• Permanente Überwachung der gereinigten Gase, um ggfs. einer Katalysatordeaktivierung vorzubeugen
• Kalibrierung von relevanten Substanzen
• Langzeitmesskampagnen um bei der Optimierung der Gasbehandlung zu unterstützen
• Parameteroptimierung (Verdünnungsfaktor, Kollisionsenergie, Druck, Temperatur, etc.)
  
  

Technische Spezifikation

• Online-Gaschromatographie via zweier Micro-GCs
• Online-Spurenanalyse
• Ein mobiles Analysensystem mit installierter Verdünnungsapparatur (bis 1:1000 mit N2)
• Eigens entwickeltes Überwachungssystem zur Echtzeit-Überwachung kritischer Komponenten

Bei den HüGaProp-Containern handelt es sich um zwei Container, ein Messcontainer und ein sog. Lagercontainer. Im Messcontainer werden die Spurenkomponenten in den drei Roh-Hüttengasen (Kokereigas, Hochofengas und Konvertergas) charakterisiert, während der Lagercontainer die Gasversorgung der Analysengeräte bereitstellt. Die Hauptkomponenten werden mittels einer GC mit FID/WLD bestimmt, während die Spurenverbindungen mit einem PTR-TOF-MS gemessen werden.
 

Ziel

Kontinuierliche Online-Messung der Roh-Hüttengase und Identifizierung aller enthaltenen Spurenverbindungen

• Identifizierung von potenziellen Katalysatorgiften im ppb- bzw. ppt-Bereich
• Quantifizierung und Überwachung der Zeitverläufe kritischer Komponenten
   

Anwendung

• Charakterisierung der Spurenkomponenten mit drei verschiedenen Primärionen (H₃O⁺, NO⁺ und O₂⁺)
• Chromatographische Bestimmung von Haupt- und Nebenkomponenten
• Kalibrierung von relevanten Substanzen mittels Prüfgasgenerator
• Langzeitmesskampagnen
• Parameteroptimierung (Verdünnungsfaktor, Kollisionsenergie, Druck, Temperatur, etc.)
   

Technische Spezifikation

• Online-Gaschromatographie (FID/WLD)
• Online Spurenanalyse (PTR-QiTOF-MS)
• Eine Verdünnungsapparatur (Drei-Pumpensystem)
• Ein Prüfgasgenerator
• Gasversorgung: H₂, O₂ (6.0), N₂ (5.0 und 6.0), He, Ar, Druckluft, Kokereigas, Hochofengas, Konvertergas
• Split-Klimaanlage
• Abluftanlage
• Gaswarnanlage
• USV

Ziel

Realgasversuche mit gereinigten Hüttengasen 

• Langzeittests mit gereinigten realen Hüttengasen 
• Überprüfung von Laborergebnissen im technischen Maßstab
• Übertragung der Ergebnisse auf industrielle Anlagen

Anwendung

• Produktion von Methanol aus Hochofengas oder CO₂
• Erprobung von vorausschauenden Regelstrategien im dynamischen Betrieb

Technische Spezifikation

• Reaktor mit Siedewasser-Kühlung
  • Länge: 6,0 m
  • Innendurchmesser: 34,3 mm
• Bis 89 bar und 270 °C
• 2-stufiger Makeup-Gaskompressor bis 6 Nm³/h
• 1-stufiger Feedgaskompressor bis 40 Nm³/h
• Kondensation flüssiger Produkte mit Probenahme
• Hauptkomponentenanalyse im Recycle-Gas online
• Messung des Temperaturprofils auf der Reaktorachse mit 36 Messstellen
• Fernübertragung aller Messdaten

Die Anlage ermöglicht die Testung heterogener Katalysatoren in einem Rohrreaktor unter technisch relevanten Reaktionsbedingungen. Es können Katalysatortests mit Synthesegasen aus realen und synthetischen Hüttengasen durchgeführt werden.

Ziel

• Entwicklung und Implementierung von Gasreinigungs- und Aufbereitungstechnologien für Hüttengase

Anwendung

• Testung von Katalysatoren zur Sauerstoffumsetzung
• Vergleich der Einflüsse von synthetischen und realen Hüttengasen auf den katalytischen Prozess
• Scale-up, Testung unter Einsatzbedingungen

Technische Spezifikation

• Reaktionstemperatur bis 330 °C
• Reaktionsdruck bis 90 bar (abs.)
• 1 Zoll Rohrreaktor (22mm di), 70 cm isotherme Zone
• Online-Gaschromatograph mit FID und WLD
• Elektrochemische Messung der O2-Konzentration
• Automatisierte Versuchsdurchführung

Pilotanlage zur Reinigung von Konvertergas und Hochofengas sowie zur Gewinnung von Wasserstoff aus Koksofengas, welche aus dem Stahlwerk von tk Steel Europe bereitgestellt werden.

Ziel

• Bereitstellung von Synthesegas für die Herstellung von Ammoniak oder Methanol

Anwendung

• Verarbeitung von Stahlwerksgasen zur Reduzierung des CO₂-Ausstoßes und zur Einsparung von fossilen Energieträgern bzw. fossilen Einsatzstoffen für chemische Synthesen

Spezifikation

• Vollständige Entfernung von Verunreinigungen aus den Stahlwerksgasen, die als Katalysatorgifte wirken können