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An investigation of hydrogen generation via steam reforming of liquid fuels

Martin, Stefan (2016) An investigation of hydrogen generation via steam reforming of liquid fuels. Dissertation, Universität Stuttgart.

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Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Dampfreformierung von Biodiesel, Diesel und Bioethanol experimentell und theoretisch untersucht. Flüssige Brennstoffe zeichnen sich durch eine hohe volumetrische und gravimetrische Energiedichte und eine bereits vorhandene Verteilungsinfrastruktur aus. Die dezentrale Wasserstofferzeugung aus Flüssigbrennstoffen durch Reformierung kann mit dazu beitragen, die Marktdurchdringung von Brennstoffzellenfahrzeugen zu beschleunigen. Weitere Anwendungsmöglichkeiten bestehen im industriellen Sektor, etwa für metallurgische Prozesse oder für die Herstellung von Flachglas. Im Rahmen der experimentellen Arbeiten wurde ein vertieftes Verständnis der Katalysatordeaktivierung erzielt. Insbesondere wurden geeignete Betriebsbedingungen ermittelt, um die initiale Kohlenstoffbildung auf der Katalysatoroberfläche zu verhindern. Geringe Temperaturen und hohe Brennstoffmassenströme begünstigen eine Katalysatordeaktivierung durch Verkokung. Die Kohlenstoffbildungsneigung nimmt in der Reihenfolge Bioethanol < Biodiesel < Diesel zu. Durch entsprechende Wahl der Katalysatoreintrittstemperatur und des Brennstoffmassenstromes wurde für die jeweiligen Flüssigbrennstoffe ein stabiler Versuchsbetrieb (100 Stunden) nahe am chemischen Gleichgewicht nachgewiesen. Im Falle von fossilem Diesel hat sich gezeigt, dass die Langzeitstabilität der Dampfreformierung durch eine vorhergehende Entschwefelung des Kraftstoffs weiter verbessert werden kann. Die experimentellen Arbeiten werden ergänzt durch eine Simulationsstudie. Ziel der Untersuchung ist die verfahrenstechnische Optimierung einer Wasserstofferzeugungseinheit aus Biodiesel (50 Nm3/h H2) bestehend aus den Komponenten Dampfreformierung, Wassergasshift-Stufe, Druckwechseladsorption und Gas-Flüssig-Brenner. Neben einem positiven Druckeinfluss zeigen die Ergebnisse ein Optimum des molaren Dampf:Kohlenstoff-Verhältnisses bei S/C=2,78. Aufbauend auf einem verfahrenstechnisch optimierten System wird ein wärmeintegrierter Wasserstoffgenerator entwickelt mit einem thermischen Systemwirkungsgrad von 75,6 % (bezogen auf den unteren Heizwert).

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/109211/
Document Type:Thesis (Dissertation)
Title:An investigation of hydrogen generation via steam reforming of liquid fuels
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthors ORCID iD
Martin, StefanStefan.Martin (at) dlr.deUNSPECIFIED
Date:December 2016
Refereed publication:Yes
Open Access:No
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Number of Pages:100
Status:In Press
Keywords:dezentrale Wasserstofferzeugung aus Flüssigbrennstoffen Dampfreformierung von Biodiesel, Diesel und Bioethanol Kohlenstoffbildung auf der Katalysatoroberfläche
Institution:Universität Stuttgart
Department:Fakultät für Energie-, Verfahrens- und Biotechnik
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Transport
HGF - Program Themes:Terrestrial Vehicles (old)
DLR - Research area:Transport
DLR - Program:V BF - Bodengebundene Fahrzeuge
DLR - Research theme (Project):V - NGC-Energiemanagement (old)
Location: Stuttgart
Institutes and Institutions:Institute of Engineering Thermodynamics > Thermal Process Technology
Deposited By: Dietrich, Ralph-Uwe
Deposited On:19 Dec 2016 16:27
Last Modified:19 Dec 2016 16:27

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