Dissertationenhttps://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/20060518120322024-03-19T02:44:06Z2024-03-19T02:44:06ZZur katalytischen Vergasung von BiomasseSierra Vargas, Fabio Emirohttps://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/20061211162632021-06-23T14:24:27Z2006-12-11T12:14:03ZZiel der vorliegenden Arbeit ist das Studium des Einflusses mineralischer Stoffe bei dem Vergasungsprozess von Biomasse um Grundlagen zur Verbesserung der Technologie mit experimentellen Methoden zu schaffen. Als Katalysator wird der mineralische Anteil oder Asche, Dolomit und Braunkohlenkoks den Kaffeeschalen, Ölpalmschalen oder Buchenholz zu gemischt. Als Vergasungsmittel wird Wasserdampf benutzt. Als experimentellen Anlagen werden eine Thermowaage und ein Drehrohrreaktor eingesetzt.
Zur Vergasung im Drehrohrreaktor wurden Versuche mit Gemischen aus Dolomit und Buchenholz durchgeführt. Variierte Versuchsparameter waren der Massestrom, die Wasserdampfkonzentration, die Temperatur, der Kalzinierungsgrad des Dolomits, die Kontaktzeit zwischen Gas und Partikeln und die Verweilzeit. Durch die Variation des Massestroms wurden unterschiedliche Schütthöhen erreicht, wodurch das Verhältnis zwischen aktiver und passiver Zone in der Schüttung verändert wird. Die Prozessvariablen wurden so eingestellt, dass längs der Reaktorlänge als Bewegungsformen Stürzen, Stürzen-Gleiten und diskontinuierliches Gleiten auftreten. Zur Variation der Kontaktzeit zwischen den Partikeln und der Gas-Atmosphäre wurde ein Einbau mit sechs ebenen Wendeblechen durchgeführt.
Die Ergebnisse der Versuche belegen, dass der katalytische Einfluss des Dolomits einen bedeutenden Effekt bei der Verminderung der Teerbeladung der Produkte hat. Die Wendebleche führten zu einer Steigerung der Gaserzeugung unter bedeutender Verminderung des Teergehalts, besonders in Anwesenheit von Dolomit.
In der gegenwärtigen Untersuchung wurde die neuronale Netz-Methode benutzt, um die Beziehungen zwischen den Variabeln, die den Prozess beeinflussen, zu analysieren.
2006-12-11T12:14:03ZSierra Vargas, Fabio EmiroZiel der vorliegenden Arbeit ist das Studium des Einflusses mineralischer Stoffe bei dem Vergasungsprozess von Biomasse um Grundlagen zur Verbesserung der Technologie mit experimentellen Methoden zu schaffen. Als Katalysator wird der mineralische Anteil oder Asche, Dolomit und Braunkohlenkoks den Kaffeeschalen, Ölpalmschalen oder Buchenholz zu gemischt. Als Vergasungsmittel wird Wasserdampf benutzt. Als experimentellen Anlagen werden eine Thermowaage und ein Drehrohrreaktor eingesetzt.
Zur Vergasung im Drehrohrreaktor wurden Versuche mit Gemischen aus Dolomit und Buchenholz durchgeführt. Variierte Versuchsparameter waren der Massestrom, die Wasserdampfkonzentration, die Temperatur, der Kalzinierungsgrad des Dolomits, die Kontaktzeit zwischen Gas und Partikeln und die Verweilzeit. Durch die Variation des Massestroms wurden unterschiedliche Schütthöhen erreicht, wodurch das Verhältnis zwischen aktiver und passiver Zone in der Schüttung verändert wird. Die Prozessvariablen wurden so eingestellt, dass längs der Reaktorlänge als Bewegungsformen Stürzen, Stürzen-Gleiten und diskontinuierliches Gleiten auftreten. Zur Variation der Kontaktzeit zwischen den Partikeln und der Gas-Atmosphäre wurde ein Einbau mit sechs ebenen Wendeblechen durchgeführt.
Die Ergebnisse der Versuche belegen, dass der katalytische Einfluss des Dolomits einen bedeutenden Effekt bei der Verminderung der Teerbeladung der Produkte hat. Die Wendebleche führten zu einer Steigerung der Gaserzeugung unter bedeutender Verminderung des Teergehalts, besonders in Anwesenheit von Dolomit.
In der gegenwärtigen Untersuchung wurde die neuronale Netz-Methode benutzt, um die Beziehungen zwischen den Variabeln, die den Prozess beeinflussen, zu analysieren.Zur Adsorption und Reaktion von Stickstoffmonoxid an AktivkohleRincón Pratt, Soniahttps://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/29082021-06-23T14:24:27Z2005-11-16T00:00:00ZDie Verwendung von Aktivkohlen und -koksen stellt eine Alternative zu herkömmlichen Prozessen zur Verminderung der NOx-Emissionen in Rauchgasen dar. An diesen Materialien wird Stickstoffmonoxid adsorbiert und katalytisch zu N2 reduziert. Eine einheitliche Erklärung über die ablaufenden Vorgänge und die Reaktionsmechanismen gibt es noch nicht. Die Ergebnisse der bisher veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeiten sind sehr unterschiedlich, wenn nicht sogar widersprüchlich. In dieser Arbeit wird, anhand der Messung von NO-Durchbruchskurven und thermischen Desorptionsspektren, die Adsorption und Reaktion von Stickstoffmonoxid an Aktivkohlen und -koksen in Anwesenheit von Sauerstoff und Wasserdampf untersucht. Zur Durchführung der experimentellen Untersuchungen wird eine Versuchsanlage, bestehend aus einer Vorrichtung zur Gasgemischaufbereitung, einem Festbettreaktor und einer Gasanalytik, konzipiert und aufgebaut. Die Untersuchungen erfolgen bei Temperaturen zwischen 100 und 150 °C. Die NO-, O2- und H2O-Konzentrationen werden anhand der Rauchgaszusammensetzung kohlegefeuerter Kraftwerke gewählt. Die experimentellen Untersuchungen konzentrieren sich auf die Verwendung einer Aktivkohle aus Ölpalmschalen, die in einem Drehrohrreaktor am Institut für Thermische Energietechnik der Universität Kassel hergestellt wurde. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass während des Prozesses NO-Adsorption, -Reduktion und -Oxidation, NO2-Bildung, -Adsorption und -reduktive Desorption, H2O-Adsorption sowie O2-Vergasung gleichzeitig stattfinden. Bei niedrigen Temperaturen werden die NO2-Bildung und die Adsorption bevorzugt. Die NO-Reduktion läuft über adsorbiertes NO mit CO2- und CO-Bildung. Durch O2-Vergasung werden aktive freie Cf-Plätzen für die NO-Reaktion und -Adsorption gebildet. Wasserdampf wird an der Aktivkohle adsorbiert und belegt aktive Plätze für diese Prozesse. Aus den experimentellen Ergebnissen werden kinetische und Gleichgewichtsparameter der NO-Sorption bestimmt. Ein vereinfachtes mathematisches Modell des Festbettreaktors, das zur Berechnung der NO-Durchbruchskurven bei unterschiedlichen Temperaturen dient, wird aufgestellt.; The use of activated carbon and activated coke offers an alternative to conventional processes for the reduction of the emissions of nitrogen monoxide from flue gas. Adsorption and catalytic reduction of nitrogen monoxide occurs simultaneously on these materials. Since the results from published work are very variable or even contradictory, there is not at present a consistent explanation of the reactions and reaction mechanisms taking place during the processes. On this work the adsorption and reaction of nitrogen monoxide on activated carbon and activated coke in presence of oxygen and water vapor is investigated. The investigation is carried out on the basis of the measurement of breakthrough curves and thermal desorption spectra. For the execution of the experimental work a pilot plant composed of a device for the preparation of the gas mixture, a fix bed reactor and a gas analysis system was designed and constructed. The experiments are made at temperatures between 100 and 150 °C. The concentrations of NO, O2 and H2O correspond to the composition of the flue gas from coal fired power plants. The experimental work focus on the use of an activated carbon from oil palm shells, which were produced in a rotary kiln at the Institut for Thermal Engineering at the University of Kassel. The experimental results show, that during the process occurs simultaneously adsorption, reduction and oxidation of NO; formation, adsorption and reductive desorption of NO2, adsorption of H2O and gasification mit O2. The creation of NO2 and the adsorption process are at low temperature favoured. The reduction of NO takes place over adsorbed NO with formation of CO2 and CO. Through O2 gasifcation free active Cf sites for the reaction and adsorption of NO are formed. Water vapor adsorbs on the activated carbon and occupies active sites for the processess. From the experimental work kinetic and equilibrium parameters from the sorption of NO are determined. A simplified mathematical model of the fix bed adsorber, which calculates NO breakthrough curves at different temperatures is developed.
2005-11-16T00:00:00ZRincón Pratt, SoniaDie Verwendung von Aktivkohlen und -koksen stellt eine Alternative zu herkömmlichen Prozessen zur Verminderung der NOx-Emissionen in Rauchgasen dar. An diesen Materialien wird Stickstoffmonoxid adsorbiert und katalytisch zu N2 reduziert. Eine einheitliche Erklärung über die ablaufenden Vorgänge und die Reaktionsmechanismen gibt es noch nicht. Die Ergebnisse der bisher veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeiten sind sehr unterschiedlich, wenn nicht sogar widersprüchlich. In dieser Arbeit wird, anhand der Messung von NO-Durchbruchskurven und thermischen Desorptionsspektren, die Adsorption und Reaktion von Stickstoffmonoxid an Aktivkohlen und -koksen in Anwesenheit von Sauerstoff und Wasserdampf untersucht. Zur Durchführung der experimentellen Untersuchungen wird eine Versuchsanlage, bestehend aus einer Vorrichtung zur Gasgemischaufbereitung, einem Festbettreaktor und einer Gasanalytik, konzipiert und aufgebaut. Die Untersuchungen erfolgen bei Temperaturen zwischen 100 und 150 °C. Die NO-, O2- und H2O-Konzentrationen werden anhand der Rauchgaszusammensetzung kohlegefeuerter Kraftwerke gewählt. Die experimentellen Untersuchungen konzentrieren sich auf die Verwendung einer Aktivkohle aus Ölpalmschalen, die in einem Drehrohrreaktor am Institut für Thermische Energietechnik der Universität Kassel hergestellt wurde. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass während des Prozesses NO-Adsorption, -Reduktion und -Oxidation, NO2-Bildung, -Adsorption und -reduktive Desorption, H2O-Adsorption sowie O2-Vergasung gleichzeitig stattfinden. Bei niedrigen Temperaturen werden die NO2-Bildung und die Adsorption bevorzugt. Die NO-Reduktion läuft über adsorbiertes NO mit CO2- und CO-Bildung. Durch O2-Vergasung werden aktive freie Cf-Plätzen für die NO-Reaktion und -Adsorption gebildet. Wasserdampf wird an der Aktivkohle adsorbiert und belegt aktive Plätze für diese Prozesse. Aus den experimentellen Ergebnissen werden kinetische und Gleichgewichtsparameter der NO-Sorption bestimmt. Ein vereinfachtes mathematisches Modell des Festbettreaktors, das zur Berechnung der NO-Durchbruchskurven bei unterschiedlichen Temperaturen dient, wird aufgestellt.
The use of activated carbon and activated coke offers an alternative to conventional processes for the reduction of the emissions of nitrogen monoxide from flue gas. Adsorption and catalytic reduction of nitrogen monoxide occurs simultaneously on these materials. Since the results from published work are very variable or even contradictory, there is not at present a consistent explanation of the reactions and reaction mechanisms taking place during the processes. On this work the adsorption and reaction of nitrogen monoxide on activated carbon and activated coke in presence of oxygen and water vapor is investigated. The investigation is carried out on the basis of the measurement of breakthrough curves and thermal desorption spectra. For the execution of the experimental work a pilot plant composed of a device for the preparation of the gas mixture, a fix bed reactor and a gas analysis system was designed and constructed. The experiments are made at temperatures between 100 and 150 °C. The concentrations of NO, O2 and H2O correspond to the composition of the flue gas from coal fired power plants. The experimental work focus on the use of an activated carbon from oil palm shells, which were produced in a rotary kiln at the Institut for Thermal Engineering at the University of Kassel. The experimental results show, that during the process occurs simultaneously adsorption, reduction and oxidation of NO; formation, adsorption and reductive desorption of NO2, adsorption of H2O and gasification mit O2. The creation of NO2 and the adsorption process are at low temperature favoured. The reduction of NO takes place over adsorbed NO with formation of CO2 and CO. Through O2 gasifcation free active Cf sites for the reaction and adsorption of NO are formed. Water vapor adsorbs on the activated carbon and occupies active sites for the processess. From the experimental work kinetic and equilibrium parameters from the sorption of NO are determined. A simplified mathematical model of the fix bed adsorber, which calculates NO breakthrough curves at different temperatures is developed.Zur Reaktionskinetik der Oxidation von Kohlenstoffmaterialien aus BiomasseScholz, Karstenhttps://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/8892021-06-23T14:24:27Z2003-12-22T00:00:00ZZur Modellierung von Vergasungs- und Verbrennungsprozessen zur energetischen Nutzung von Biomasse ist die Kenntnis von reaktionskinetischen Daten für die Sauerstoff-Oxidation von Biomassepyrolysaten erforderlich. Eine ausführliche Literaturübersicht zeigt den Stand der Forschung bezüglich der experimentellen Ermittlung von reaktionskinetischen Parametern für die Oxidation von Pyrolysaten aus Lignin, Cellulose und pflanzlicher Biomasse sowie der Suche nach einem plausiblen Reaktionsmechanismus für die Reaktion von Sauerstoff mit festen Kohlenstoffmaterialien. Es wird eine Versuchsanlage mit einem quasistationär betriebenen Differentialreaktor konstruiert, die eine Messung der Reaktionskinetik und der reaktiven inneren Oberfläche (RSA) für die Reaktion eines Pyrolysats aus Maispflanzen mit Sauerstoff ermöglicht. Die getrockneten und zerkleinerten Maispflanzen werden 7 Minuten lang bei 1073 K in einem Drehrohrofen pyrolysiert. Das Pyrolysat zeichnet sich vor allem durch seine hohe Porosität von über 0,9 und seinen hohen Aschegehalt von 0,24 aus. Die RSA wird nach der Methode der Messung von Übergangskinetiken (TK) bestimmt. Die Bestimmung der RSA erfolgt für die Reaktionsprodukte CO und CO2 getrennt, für die entsprechend ermittelten Werte werden die Bezeichnungen CO-RSA und CO2-RSA eingeführt. Die Abhängigkeit dieser Größen von der Sauerstoffkonzentration läßt sich durch eine Langmuir-Isotherme beschreiben, ebenso das leichte Absinken der CO-RSA mit der Kohlendioxidkonzentration. Über dem Abbrand zeigen sich unterschiedliche Verläufe für die CO-RSA, CO2-RSA und die innere Oberfläche nach der BET-Methode. Zur Charakterisierung der Oberflächenzwischenprodukte werden temperaturprogrammierte Desorptionsversuche (TPD) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, daß eine Unterscheidung in zwei Kohlenstoff-Sauerstoff-Oberflächenkomplexe ausreichend ist. Die experimentellen Untersuchungen zum Oxidationsverlauf werden im kinetisch bestimmten Bereich durchgeführt. Dabei werden die Parameter Temperatur, Sauerstoff-, CO- und CO2-Konzentration variiert. Anhand der Ergebnisse der reaktionskinetischen Untersuchungen wird ein Reaktionsmechanismus für die Kohlenstoff-Sauerstoff-Reaktion entwickelt. Dieser Reaktionsmechanismus umfaßt 7 Elementarreaktionen, für welche die reaktionskinetischen Parameter numerisch ermittelt werden. Darüber hinaus werden reaktionskinetische Parameter für einfachere massenbezogene Reaktionsgeschwindigkeitsansätze berechnet und summarische Reaktionsgeschwindigkeitsansätze für die Bildung von CO und CO2 aus dem Reaktionsmechanismus hergeleitet.; The knowledge of kinetic data is necessary for the modelling of combustion and oxygen-gasification processes for the energetic utilisation of biomass. The comprehensive literature study shows the state of investigation in the experimental determination of kinetic parameters for the oxidation of chars from lignin, cellulose and vegetable biomass. An overview is additionally given on the research on the reaction mechanism of the reaction of solid carbonaceous material with oxygen. An experimantal set-up with a quasi-steady-state differential reactor is designed and built to measure reaction kinetics and the Reactive Surface Area (RSA) of the reaction of a char from maize plants with oxygen. The dried and ground maize is pyrolysed for 7 minutes at 1073 K in a rotary kiln. This char is characterised by its high porosity of more than 0.9 and its high ash content of 0.24. The RSA is determined by the method of transient kinetics (TK). It is calculated separately for the reaction products carbon monoxide and carbon dioxide; the associated items are called CO-RSA and CO2-RSA. The dependence of these parameters on the oxygen concentration, as well as the small decrease of the CO-RSA with an increasing CO2-concentration, can be described by a Langmuir isotherm. The parameters CO-RSA, CO2-RSA and apparent specific surface area by BET-method show different shapes vs. burn-off. For the characterisation of the surface intermediates, temperature programmed desorption studies (TPD) are made. The results show that the discrimination of two different carbon-oxygen-surface-complexes is sufficient. The experimental investigations of the oxidation kinetics are made in the kinetically controlled region. The following parameters are varied: Temperature, O2-, CO- and CO2-concentration. A reaction mechanism is formulated for the carbon-oxygen-reaction by analysing the experimental results. The reaction mechanism contains 7 elementary reactions for which the kinetic parameters are numerically determined. In addition, kinetic parameters for simple mass-based reaction rate expressions are calculated. For the formation of CO and CO2, summarised kinetic rate expressions based on the reaction mechanism, are derived.
2003-12-22T00:00:00ZScholz, KarstenZur Modellierung von Vergasungs- und Verbrennungsprozessen zur energetischen Nutzung von Biomasse ist die Kenntnis von reaktionskinetischen Daten für die Sauerstoff-Oxidation von Biomassepyrolysaten erforderlich. Eine ausführliche Literaturübersicht zeigt den Stand der Forschung bezüglich der experimentellen Ermittlung von reaktionskinetischen Parametern für die Oxidation von Pyrolysaten aus Lignin, Cellulose und pflanzlicher Biomasse sowie der Suche nach einem plausiblen Reaktionsmechanismus für die Reaktion von Sauerstoff mit festen Kohlenstoffmaterialien. Es wird eine Versuchsanlage mit einem quasistationär betriebenen Differentialreaktor konstruiert, die eine Messung der Reaktionskinetik und der reaktiven inneren Oberfläche (RSA) für die Reaktion eines Pyrolysats aus Maispflanzen mit Sauerstoff ermöglicht. Die getrockneten und zerkleinerten Maispflanzen werden 7 Minuten lang bei 1073 K in einem Drehrohrofen pyrolysiert. Das Pyrolysat zeichnet sich vor allem durch seine hohe Porosität von über 0,9 und seinen hohen Aschegehalt von 0,24 aus. Die RSA wird nach der Methode der Messung von Übergangskinetiken (TK) bestimmt. Die Bestimmung der RSA erfolgt für die Reaktionsprodukte CO und CO2 getrennt, für die entsprechend ermittelten Werte werden die Bezeichnungen CO-RSA und CO2-RSA eingeführt. Die Abhängigkeit dieser Größen von der Sauerstoffkonzentration läßt sich durch eine Langmuir-Isotherme beschreiben, ebenso das leichte Absinken der CO-RSA mit der Kohlendioxidkonzentration. Über dem Abbrand zeigen sich unterschiedliche Verläufe für die CO-RSA, CO2-RSA und die innere Oberfläche nach der BET-Methode. Zur Charakterisierung der Oberflächenzwischenprodukte werden temperaturprogrammierte Desorptionsversuche (TPD) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, daß eine Unterscheidung in zwei Kohlenstoff-Sauerstoff-Oberflächenkomplexe ausreichend ist. Die experimentellen Untersuchungen zum Oxidationsverlauf werden im kinetisch bestimmten Bereich durchgeführt. Dabei werden die Parameter Temperatur, Sauerstoff-, CO- und CO2-Konzentration variiert. Anhand der Ergebnisse der reaktionskinetischen Untersuchungen wird ein Reaktionsmechanismus für die Kohlenstoff-Sauerstoff-Reaktion entwickelt. Dieser Reaktionsmechanismus umfaßt 7 Elementarreaktionen, für welche die reaktionskinetischen Parameter numerisch ermittelt werden. Darüber hinaus werden reaktionskinetische Parameter für einfachere massenbezogene Reaktionsgeschwindigkeitsansätze berechnet und summarische Reaktionsgeschwindigkeitsansätze für die Bildung von CO und CO2 aus dem Reaktionsmechanismus hergeleitet.
The knowledge of kinetic data is necessary for the modelling of combustion and oxygen-gasification processes for the energetic utilisation of biomass. The comprehensive literature study shows the state of investigation in the experimental determination of kinetic parameters for the oxidation of chars from lignin, cellulose and vegetable biomass. An overview is additionally given on the research on the reaction mechanism of the reaction of solid carbonaceous material with oxygen. An experimantal set-up with a quasi-steady-state differential reactor is designed and built to measure reaction kinetics and the Reactive Surface Area (RSA) of the reaction of a char from maize plants with oxygen. The dried and ground maize is pyrolysed for 7 minutes at 1073 K in a rotary kiln. This char is characterised by its high porosity of more than 0.9 and its high ash content of 0.24. The RSA is determined by the method of transient kinetics (TK). It is calculated separately for the reaction products carbon monoxide and carbon dioxide; the associated items are called CO-RSA and CO2-RSA. The dependence of these parameters on the oxygen concentration, as well as the small decrease of the CO-RSA with an increasing CO2-concentration, can be described by a Langmuir isotherm. The parameters CO-RSA, CO2-RSA and apparent specific surface area by BET-method show different shapes vs. burn-off. For the characterisation of the surface intermediates, temperature programmed desorption studies (TPD) are made. The results show that the discrimination of two different carbon-oxygen-surface-complexes is sufficient. The experimental investigations of the oxidation kinetics are made in the kinetically controlled region. The following parameters are varied: Temperature, O2-, CO- and CO2-concentration. A reaction mechanism is formulated for the carbon-oxygen-reaction by analysing the experimental results. The reaction mechanism contains 7 elementary reactions for which the kinetic parameters are numerically determined. In addition, kinetic parameters for simple mass-based reaction rate expressions are calculated. For the formation of CO and CO2, summarised kinetic rate expressions based on the reaction mechanism, are derived.