DE102009005039A1

DE102009005039A1 - Plasmagestützte Wassergas- und Aktivkohleherstellung aus Holz

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Publication number: DE102009005039A1
Application number: DE102009005039A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-17
Filing date: 2009-01-17
Publication date: 2010-07-22

Abstract

Neu: Die plasmagestützte Herstellung von Wassergas und Aktivkohle aus Holz mit Hilfe von Mikrowellen. Die Zusammensetzung des Wassergases kann durch dosierte Zufuhr von Wasser und Bemischung katalytisch wirkender Metalloxide (Bsp. Holzasche) gesteuert werden. Bekannt (1): Bekannt und großtechnisch angewendet wird die Herstellung von "Wassergas" durch Reaktion von Wasserdampf mit glühender Kohle (Koks). Wesentliche Nachteile der herkömmlichen Wassergasgewinnung sind ... 1. der geringe Wasserstoffanteil (5%) 2. der geringe Brennwert, da 50% Stickstoff enthalten sind 3. der hohe Energieaufwand. Bekannt (2): Die Herstellung von Holzgas und Holzkohle durch Holzpyrolyse. Wesentliche Nachteile der klassischen Pyrolyse ... 1. das Holzgas ist ein so genanntes "Schwachgas" mit geringem Energieinhalt, da es 50% Kohlenstoffdioxid enthält 2. die Holzkohle muss energieaufwändig nachgeglüht werden um Aktivkohle zu erzeugen 3. der hohe Energieaufwand. Neu: Vorteile der Erfindung ... 1. der Wasserstoffanteil des Wassergases, mit Mikrowellenenergie hergestellt, beträgt je nach Wasserzufuhr bis zu 50% (siehe Gaschromatogramm in Abb. 2) 2. der Kohlenstoffmonoxidanteil beträgt ca. 38% bis 68% (siehe Abb. 2). Nach der Entfernung des Kohlenstoffmonoxidanteils kann das Wassergas in einer Wasserstoff-Brennstoffzelle ...

Description

Das Reaktionsgut (leicht angekohlte Holzstücke für den Start) wird über ein Input-Kammersystem und mittels eines Schiebers oder einer Schnecke in den Reaktor (Quarzrohr) befördert. Eine kleine Menge Holzkohle (ca 10 Masseprozent) ist nur für den Start der Plasmabildung notwendig.
Siehe 1.
Dem energetisch aktivierte Reaktionsgut kann in Abhängigkeit vom Trockenzustand des Holzes Wasser oder Wasserdampf zugeführt werden. Das entstehende Gasgemisch, siehe Gaschromatogramm in 2, wird einer Gasreinigung und/oder Speicheranlage zugeführt.
Das nachgeschobene Reaktionsgut transportiert die entstandene Aktivkohle in das Output-Kammersystem, wo sie entnommen werden kann.
Die Beschickung und Produktentnahme über Kammersysteme ermöglichen eine kontinuierliche Wassergas- und Aktivkohleproduktion unter Luftausschluss.
Die Mikrowellenenergie, die das Graphitmaterial in der Holzkohle absorbiert, dient als Aktivierungsenergie zur Aufrechterhaltung der endothermen chemischen Vorgänge.
Vergleich mit der technischen Wassergasgewinnung:
Da der Wasserstoff eine relativ hohe innere Energie aufweist, ist seine Gewinnung meist nur durch endotherme Reaktionen möglich.
Die klassische Gewinnung von Wassergas erfolgt durch Überleiten von Wasserdampf über erhitzten Koks bei einer Temperatur von etwa 1000°C.
Die dabei ablaufenden endothermen chemischen Reaktionen sind: C + H₂O_(Gas) → CO + H₂ ΔH⁰ = 131.28 kJ/mol CO + H₂O_(Gas) → CO₂ + H₂ ΔH⁰ = –41.19 kJ/mol
Damit diese endothermen Reaktionen ablaufen können, muss ständig Luftsauerstoff zugeführt werden, so dass durch Kohlenstoffverbrennung die hohe Reaktionstemperatur (1000°C) erhalten bleibt.
Das Ergebnis dieses technischen Prozesses, d. h. der Reduktion von Wasser, ist das Wassergas, das sich aus 50% N₂, 30% CO, 15% H₂ und 5% CO₂ zusammensetzt. Die Reaktion von Kohlenstoff mit Wasser müsste zu einer theoretischen Wasserstoffausbeute von 66% führen. In der Technik wird die Ausbeute wegen der kontinuierlichen Verbrennung von Kohlenstoff durch Zufuhr von Luftsauerstoff stark reduziert.
Vergleich mit der klassischen Holzpyrolyse:
Eine klassische Holzpyrolyse liefert Holzgas mit einer Zusammensetzung von 50% Kohlenstoffdioxid, 33% Kohlenstoffmonoxid 10% Methan und Holzkohle. Wegen des hohen Kohlenstoffdioxidanteils gehört Holzgas zu den Schwachgasen.
Das neue Verfahren:
Die Erzeugung von Plasma durch Mikrowellen in den Graphitkristallen der Holzkohle ermöglicht den Verzicht auf die Kohlenstoffverbrennung.
Der Vorgang verläuft unter völligem Ausschluss von Sauerstoff!
Deshalb steigt der relative Wasserstoffgehalt des entstehenden Gasgemisches erheblich (bis zu ca. 50%) und der Kohlenstoffdioxidanteil beträgt nur wenige Masseprozente.
Die plasmagestützte Holzvergasung liefert 30 bis 50% Wasserstoff, 48 bis 68% Kohlenstoffmonoxid und ca. 15% Aktivkohle mit hohem Absorptionsvermögen.
Die genannten Produkte sind unverzichtbare Grundstoffe der chemischen Industrie.
Der gesamte Wirkungsgrad bei Berücksichtigung der eingesetzten Holzmasse, der Mikrowellenenergie, des gebildeten Wassergases und der Absorptionskohle liegt bei ca. 50 bis 60 Prozent. Die eingesetzte Holzart, ihr Feuchtigkeitsgehalt und die Anwendung katalytisch wirkender Oxide beeinflussen den Wirkungsgrad.
Das Verfahren ist auch sicherheitstechnisch interessant, da bei der plasmagestützten Wassergaserzeugung der Luftsauerstoff ausgeschlossen ist.
Neu: Die plasmagestützte Herstellung von Wassergas und Aktivkohle aus Holz mit Hilfe von Mikrowellen. Die Zusammensetzung des Wassergases kann durch dosierte Zufuhr von Wasser und Bemischung katalytisch wirkender Metalloxide (Bsp. Holzasche) gesteuert werden.
Bekannt (1):
Bekannt und großtechnisch angewendet wird die Herstellung von „Wassergas” durch Reaktion von Wasserdampf mit glühender Kohle (Koks).
Wesentliche Nachteile der herkömmlichen Wassergasgewinnung sind...

1. der geringe Wasserstoffanteil (5%)
2. der geringe Brennwert, da 50% Stickstoff enthalten sind.
3. der hohe Energieaufwand

Bekannt (2):
Die Herstellung von Holzgas und Holzkohle durch Holzpyrolyse.
Wesentliche Nachteile der klassischen Pyrolyse...

1. das Holzgas ist ein so genanntes „Schwachgas” mit geringem Energieinhalt, da es 50% Kohlenstoffdioxd enthält.
2. die Holzkohle muss energieaufwändig nachgeglüht werden um Aktivkohle zu erzeugen.
3. er hohe Energieaufwand

Neu: Vorteile der Erfindung...

1. der Wasserstoffanteil des Wassergases, mit Mikrowellenenergie hergestellt, beträgt je nach Wasserzufuhr bis zu 50% (siehe Gaschromatogramm in 2)
2. der Kohlenstoffmonoxidanteil beträgt ca. 38% bis 68% (siehe 2) Nach der Entfernung des Kohlenstoffmonoxidanteils kann das Wassergas in einer Wasserstoff-Brennstoffzelle verwendet werden;
3. das Wassergas enthält fast nur Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid und ist somit für chemische Synthesen bestens geeignet.
4. die produzierten Aktivkohle hat eine hohe Absorptionsqualität.
5. die Bildung von Holzteer ist stark reduziert
6. die Pyrolyse verläuft unter Ausschluss von Sauerstoff, so dass die Vorkehrungen für die Gewährleistung der Sicherheit weniger aufwändig sind.
7. der Wirkungsgrad liegt zwischen 50 und 70%.

Claims

Die plasmagestützte Herstellung von Wassergas und Aktivkohle aus Holz mit Hilfe von Mikrowellen.
Das Herstellungsverfahren Start: Leicht angekohlte Holzstücke werden im Reaktor der Mikrowellenkammer unter Luftausschluss energetisch angeregt. Betrieb: Die entstehende Aktivkohle wird durch neue, nicht angekohlte Holzstücke ersetzt und das Wassergas abgeleitet. Bei Verwendung von trockenem Holz wird flüssiges Wasser oder Wasserdampf in dosierten Mengen in den Reaktor geleitet. Eine Beimischung von Holzasche zum eingesetzten Holz, z. B. im Massenverhältnis 1:1, steigert die Wasserstoffbildung und die Gasausbeute.