Wasserdampfreformierung von Erdgas: Mechanismusentwicklung und Einfluss der Verkokung

Abstract

Ein detaillierter, auf dem elementaren Geschehen basierender Reaktionsme-chanismus für die Wasserdampfrefor-mierung von Erdgas wird aufgestellt. Da es sich um ein Stoffgemisch handelt, müssen die Reaktionsmechanismen der Einzelkomponenten berücksichtigt wer-den. Das Reaktionsverhalten mit und ohne Katalysator sowie die Faktoren, die zu Verkokung führen und der Einfluss von Verkokung sollen aufgeklärt wer-den. In den experimentellen Aufbau ist die Umschaltmöglichkeit zwischen einer großen Mischkammer, die auch als Ver-dampfer dient, und einer kleinen Misch-kammer integriert. Dies ermöglicht, so-wohl Reformierungsprozesse als auch Verkokungsexperimente durchführen zu können. Die Alkane Methan, Ethan, Propan und Butan sowie Erdgas werden zusammen mit Wasserdampf und in 75 %iger Verdünnung mit Argon mit einer Volumengeschwindigkeit von 40 000 h-1 in den Reaktor geleitet. Der Temperaturbereich bis 850 °C für kataly-tische bzw. 1000 °C für homogene Reak-tionen und Kohlenstoff-zu-Wasser-dampfverhältnisse von 2,5 bis 4 sind untersucht worden. Langzeitversuche unter Verwendung niedriger S/Cs zeigen eine deutliche Deaktivierung durch Verkokung z. B. bei Wasserdampfreformierung von Pro-pan mit einem S/C von 1 (s. Abb.). Um die Herstellungszeit definierter Verkokungsgrade zu verkürzen, wird Propan mit niedrigem Volumenstrom für 30 min bei verschiedenen Tempera-turen durch den Katalysator geleitet. Der abgelagerte Kohlenstoff wird im Sauerstoffstrom abgebrannt und als CO 2 mit einem Quadrupolmassenspek-trometer zeitaufgelöst gemessen. Als numerisches Simulationswerk-zeug für reaktive Strömungen steht das Programmpaket DETCHEM zur Ver-fügung. Die Simulationen wurden über-wiegend mit dem zwei-dimensionalen DETCHEM CHANNEL durchgeführt. Der anhand der Messungen an den einzelnen Alkanen entwickelte Reakti-onsmechanismus für Reaktionen auf der katalytischen Oberfläche ist in der Lage, alle Messergebnisse, auch die des Erdgases, wiederzugeben. Kombiniert werden kann dieser zuverlässig mit dem von Quinceno et al. veröffentlichten Mechanismus für Reaktionen in der Gasphase. Abbildung. Abnahme des Propanumsatzes durch Deaktivierung.

Natural Gas Steam Reforming over Rhodium/Alumina Catalysts: Experimental and Numerical Study of the Carbon Deposition from Ethylene and Carbon Monoxide

“…Sticking coefficients are commonly used for adsorption reactions and are converted to conventional rate coefficients according to (10) with S i 0 being the sticking coefficient and τ the number of sites occupied by adsorbed species.…”

“…Schädel et al − described coke formation during SR of propane–one of the minor constituents of natural gas–over Rh/Al 2 O 3 catalysts in dependence on the operating temperature and the S/C ratio. Three different carbon deposition rates were identified, depending on the operating temperature.…”