Detaillierte Untersuchung des Wärme- und Stofftransports in einem Festbett-Methanisierungsreaktor für Power-to-Gas Anwendungen

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erarbeitung und tiefgreifende Durchdringung der physikochemischen Prozesse eines kompakten Reaktorkonzeptes zur effizienten Methanisierung von CO2 über einen breiten Betriebsbereich. Dieses Konzept dient dazu, als Teil eines neuartigen PtSNG-Prozesses eingesetzt zu werden. Dabei wird die Reaktionswärme der CO2-Methanisierung zur Dampferzeugung genutzt, welcher in einer Hochtemperatur-Dampfelektrolyse elektrochemisch zu H2 umgesetzt wird. Um bei der CO2 -Methanisierung eine effektive Reaktionskontrolle und einen möglichst vollständigen Umsatz der Edukte zu erreichen, wurde eine detaillierte Untersuchung und Optimierung der ablaufenden Transportprozesse durchgeführt. ... mehrDiese Untersuchungen der komplexen Wechselwirkungen erfolgten numerisch und experimentell. Final wird ein Methanisierungsmodul vorgestellt, das mit gekühlten Festbettreaktoren seine Eignung als Teil einer neuartigen PtSNG-Verschaltung bestehend aus CO2-Methanisierung und Hochtemperatur-Dampfelektrolyse demonstriert.

The objective of the present work is the development and detailed investigation of the physicochemical processes of a compact reactor concept for the efficient methanation of CO2 over a wide operating range. This concept was used as part of a novel PtSNG process. The heat of reaction of the exothermic CO2-methanation is utilised for steam generation, which is electrochemically converted to H2 in a high-temperature steam electrolysis. In order to achieve an effective reaction control and a high conversion of the reactants during CO2-methanation, a detailed investigation and optimisation of the transport processes was conducted. ... mehrThese investigations of the complex interactions were carried out numerically and experimentally. Finally, a methanation module consisting of cooled fixed-bed reactors is presented, which demonstrates its applicability as part of a novel PtSNG process combining CO2-methanation and high-temperature steam electrolysis.