ISBN 9783843956628

978-3-8439-5662-8, Reihe Verfahrenstechnik

Rachid Benker
Experimentelle und numerische Untersuchung eines Plattenreaktors zur Dehydrierung flüssiger organischer Wasserstoffträger

243 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2025), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die LOHC-Technologie ermöglicht die Speicherung, Lagerung und den Transport von Energie in Form von Wasserstoff und gilt als vielversprechender Baustein für eine dezentrale Energieversorgung der Zukunft.

Die vorliegende Arbeit untersucht ein neues Reaktorkonzept zur kontinuierlichen Dehydrierung der LOHC-Verbindung Perhydro-Dibenzyltoluol (H18-DBT). Eine erste Generation Plattenreaktoren zeigte bereits eine deutliche Zunahme der freigesetzten Wasserstoffmenge gegenüber den gängigen Rohrreaktoren. Bei der Konzeptionierung und Konstruktion des neuen Plattenreaktors sollte insbesondere die Hochskalierung und Weiterentwicklung der ersten Generation im Vordergrund stehen. Die reaktionstechnische und energetische Charakterisierung erfolgte sowohl experimentell mittels statistischer Versuchsplanung als auch modellbasiert. Für das Modell wurden Vereinfachungen hinsichtlich der Phasen und Reaktorgeometrie getroffen, eine druck- und temperaturabhängige Kinetik aus bestehenden Batchversuchen bestimmt sowie wichtige physikalische Stoffeigenschaften wie Dichte, Viskosität und Wärmekapazität des verwendeten LOHC-Systems in Abhängigkeit von Hydriergrad und Temperatur vermessen. Zudem mussten die Wärme- und Stofftransportvorgänge im Reaktor mathematisch beschrieben werden. Die hierfür benötigten Transportkoeffizienten wurden mit gängigen Korrelationen aus der Literatur ermittelt. Auch im Falle fehlender Stoffdaten wurde auf bewährte Berechnungsmethoden zurückgegriffen.

Wärme- und Stofftransportvorgänge spielen im Katalysator ebenfalls eine zentrale Rolle. Vorarbeiten zeigten, dass bei der Dehydrierung von H18-DBT Limitierungen infolge des Stofftransports auftreten, die mit zunehmender Schichtdicke sowie abnehmender Porengröße der eingesetzten Katalysatoren verstärkt werden. Aussagen zu möglichen Wärmetransportlimitierungen, und wie diese minimiert werden können, fehlten bislang. Diese Arbeit liefert auch hierzu experimentelle sowie modellbasierte Ergebnisse und Erkenntnisse.