förmigen Edukte H2 und CO2 (Gasphase, G) in Form von Blasen auf [7]. Die gasförmigen Edukte reagieren anderOberfläche des feinverteilten Katalysators (feste Phase, S) zu Methan. Das ProduktMethanwiederumverlässt den Reaktor am Kopf zusammen mit dem in der Reaktion gebildetenWasser undnicht umgesetztenEdukt (siehe folgende Gleichung 1). CO2 + 4 H2 CH4 + 2 H2O -164 kJ/mol (1) Die Besonderheit des Reaktorkonzepts gegenüber herkömmlichen zweiphasigen Reaktoren ist die zusätzlicheWärmeträgerflüssigkeit. Diese bewirkt eine feine Verteilung des Katalysators, was eine bessere Zugänglichkeit und somit eine erhöhte Katalysatorausnutzung zur Folge hat. Zudemkann die Reaktionswärme der stark exothermenMethanisierungsreaktionsehr gut über die Wärmeträgerflüssigkeit abgeführt werden, was zu einer optimalen Kontrollierbarkeit der Reaktionstemperatur führt. Die gute Temperaturkontrolle ermöglicht zudem einen dynamischen Betrieb des Blasensäulenreaktors, was bei Power-to-Gas-Verfahren mit Blick auf die schwankendeMenge anWind- undSolarenergie besonders von Vorteil ist. Aktuelle Forschungsarbeiten am EBI zielen darauf ab, das Reaktordesign des dreiphasigen Blasensäulenreaktors zu optimieren und so die größtmögliche Methanbildungsrate zu erreichen. Einen großen Einfluss auf die Methanbildungsrate hat dieHydrodynamik imReaktor, die die Bewegung aller drei Phasen umfasst. Für eine präzise Reaktorauslegung muss die Hydrodynamik im Reaktor vorhersagbar sein. Kenngrößen, welche die Hydrodynamik beschreiben, sind der Gasgehalt G ( G = VG/VG+L), die Blasenaufstiegsgeschwindigkeit uB und die Sehnenlänge lB. Bisherige Ansätze, die Hydrodynamik zu charakterisieren, erfolgen ausschließlich über den integralen Gasgehalt. Der integrale Gasgehalt ist der volumengemittelte Gasgehalt der gesamten Blasenströmung und wird über Füllstandmessungen ermittelt [8]. Genauere Beschreibungen der Hydrodynamik werden jedoch durch lokale Messungen aller drei Kenngrößen erzielt. Dafür eignet sich eine optische Nadelsonde, welche 2018 erstmals am EBI eingesetzt wurde. Um die Verlässlichkeit der optischen Nadelsonde sicherzustellen, wurden im Rahmen einer Masterarbeit die Kenngrößen in einer Blasenströmung gemessen und die Ergebnisse mit verschiedenen Methoden validiert. Versuchsaufbau und Durchführung Der Versuchsstand (Abb. 2) ist eine abgewandelte Form des dreiphasigen Blasensäulenreaktors [8]. Anstelle von drei Phasen (G, L, S) wurde im Rahmen der Masterarbeit mit dem zweiphasigen (G, L) Stoffsystem Wasser/Luft gearbeitet. Der abgewandelte Aufbau reduziert die vielzähligen Einflussfaktoren auf die Hydrodynamik und ermöglicht es, auftretende Effekte gezielt auf deren Ursachen zurückzuführen. In Abbildung 3 ist der Aufbau der NadelsondenMesstechnik zu sehen. Die Nadelsondenspitze zeigt nach unten und wird wiederholt von aufsteigenden Blasen getroffen. Von einer repräsentativen Anzahl an getroffenen Blasen könQuelle: Reis Abb. 2: Versuchsstand zur Untersuchung der Hydrodynamik in Blasenströmungen mit einer optischen Nadelsonde. In der Bildlegende sind die technischen Daten der Blasensäule angegeben. Blasensäulenreaktor Höhe hR 1,6 m Durchmesser dR 100 mm Temperatur TR Umgebungstemp. Druck pR Umgebungsdruck Gasverteiler Lochanzahl nLoch 85 Durchmesser dLoch 1 mm 55 energie | wasser-praxis 04/2022
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