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Untersuchung der Porenbildung in biogenen kohlenstoffhaltigen Rückständen zur PAK-Adsorption im Produktgas von Vergasungsprozessen
Elhami, Omid-Henrik
Die Biomassevergasung wird als eine vielseitige Methode zur Nutzung der Bioenergie betrachtet, aber trotz technologischer Fortschritte konnte sie die kritischen Hürden für einen konventionellen Einsatz nicht überwinden. Eine wesentliche technische Herausforderung bei der wirtschaftlichen Umsetzung der Biomassevergasung ist nach wie vor die Bildung von kondensierbaren organischen Bestandteilen (ein- und mehrkernigen Aromaten) – der sogenannte „Teer“. Diese Arbeit verfolgt den Ansatz der Gasreinigung durch Adsorption von Teerkomponenten aus der Gasphase. Ziel ist, aus Materialien, die am Standort einer Biomassevergasungsanlage reichlich vorhanden sind bzw. relativ einfach erzeugt werden können, mit wenig Aufwand, Adsorptionsmittel herzustellen und diese zur Adsorption von Teerkomponenten aus dem heißen Produktgas einzusetzen.
Von dem eingesetzten (biogenen) Brennstoff bei der Biomassevergasung wird ein Teil in einem separaten Prozess pyrolysiert. Hieraus werden in einem nachfolgenden thermischen Aktivierungsverfahren unter Variation der Reaktionsbedingungen eine Reihe von Aktivkohlen hergestellt. Ferner werden kohlenstoffhaltige Materialien, die durch unvollständige Vergasungsreaktionen in Biomassevergasungsanlagen anfallen, als Alternative zum Vorprodukt bzw. zur Aktivkohle herangezogen.
Die Porenstruktur der genannten Materialien wird umfangreich charakterisiert und der Einfluss von Reaktionsbedingungen auf die Porenbildung untersucht. Anschließend werden die erzeugten Aktivkohlen zur Adsorption von Teer-Modellkomponenten (Toluol, Naphthalin) aus der Gasphase bei erhöhter Temperatur eingesetzt und die Adsorptionskapazitäten ermittelt.
Diese Arbeit zeigt den Einfluss des Vergasungsmittels und des Abbrands auf die Entwicklung der Porenstruktur und der Porengrößenverteilung in den untersuchten kohlenstoffhaltigen Materialien und bietet so die Grundlage für gezielte Aktivierungsverfahren. Ferner wird die Bedeutung der verschiedenen Porenklassen hinsichtlich der Adsorptionskapazität erörtert.
Biomass gasification is considered a versatile approach for bioenergy utilization, with plenty of options for product gas use. But the formation of organic condensable species (mono aromatics, PAH) – referred to as “tar” – remains a major technical implementation and economic challenge in emerging these technologies. Instead of costly gas scrubbing or catalytic degradation of tar species, the possible application of the “onboard” available char, generated in the gasification process, is in the focus of this work. The aim is to produce adsorbents from this „onboard“ available material with little effort and to use them to adsorb tar components from the hot product gas.
Char pyrolyzed in an intermediate biomass pyrolysis process is activated in a subsequent thermal activation process. A number of activated carbons are produced, varying the reaction conditions. Besides, chars produced by incomplete gasification reaction in biomass gasifiers (process char) are used as an alternative.
The pore structure of the mentioned material is extensively characterized and the effect of reaction conditions on pore development is investigated. Finally, the produced activated carbons and the collected process chars are used for adsorption of tar model components (toluene, naphthalene) from a hot gas stream and the adsorption capacities are determined.
This work reveals the effect of the gasification agent and the carbon burn-off on the development of pore structure and pore size distribution in the studied carbonaceous material and thus provides the basis for targeted development of porous systems in biogenic process chars. Furthermore, the impact of the different pore classes with respect to the adsorption capacity of the investigated chars is discussed.
- The printed version includes ISBN 978-3-948268-68-8.
