Kohle oder andere kohlenstoffreiche organische Feststoffe reagieren bei hohen Temperaturen mit Wasserdampf und Sauerstoff zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff.
Das erzeugte Gas, welches auch als Synthesegas bezeichnet wird, ist brennbar und wird häufig als Brennstoff oder als Zwischenprodukt bei der Herstellung von Chemikalien verwendet.
Im direkten Verfahren wird idealerweise Sauerstoff hinzugefügt, um unerwünschte Stickoxide zu vermeiden und gleichzeitig eine Energiezufuhr zu bewirken.
Im indirekten Verfahren wird die Energie über den Drehrohrmantel hinzugefügt, während nur noch Wasserdampf dem Reaktorraum zugeführt wird.
In beiden Fällen sind Temperaturen um die 1000ºC notwendig.
Anwendungen
Carbon Recovery Unit
In den festen Rückständen einer Pyrolyse ist oft noch viel chemisch gebundene Energie enthalten. Diese Energie kann mit einer so genannten "Carbon Recovery Unit" (CRU) genutzt werden. Die Kohlevergasung findet in einem Drehrohrofen statt. Luft und Wasserdampf müssen im richtigen Verhältnis dosiert werden um die Kohle auf ca. 900ºC zu erhitzen. Die exotherme Reaktion des Luftsauerstoffs mit dem Kohlenstoff wird von der endothermen Reaktion des Wasserdampfs mit dem Kohlenstoff kompensiert.
Das sogenannte Boudouard Gleichgewicht, welches die Zusammensetzung des Gases beschreibt, wird von der Temperatur und dem Sauerstoffgehalt beeinflusst.
Das erhaltene Synthesegas wird typischerweise in einer nachgeschalteten Brennkammer verbrannt. Die Wärmeenergie des Rauchgases wird in weiteren Verfahrensschritten in elektrische Energie umgewandelt.
Aktivierung
Bei Temperaturen unterhalb von 1000ºC, aber oberhalb von 600ºC findet bei Hinzufügen von Wasserdampf eine teilweise Vergasung statt. Hier werden vereinzelt Kohlenstoffatome aus dem Gitter herausgelöst und so die aktive Oberfläche vergrössert.
Bei Temperaturen von 800ºC werden nur ca. 30% des Kohlenstoffes umgewandelt, aber die Oberfläches des Aktivats erhht sich auf ca. 300 - 400 m²/gramm.
Synthesegasherstellung
Im Gegensatz zur Aktivierung wird der Hauptaugenmerk auf die vollständige Umwandlung des Kohlenstoffes gelegt, so dass als Austragprodukt nur noch Asche übrig bleibt.
Diese reine Synthesegas kann dann zu Methan weiterverarbeitet werden und anschliessend im Fischer-Tropsch-Verfahren zu längerkettigen Stoffen gewandelt werden.
