Energetische und sicherheitstechnische Untersuchungen der induktiven Erwärmung von Festbettreaktoren mit kohlenstoffhaltigen und ferromagnetischen Suszeptormaterialien

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Organisationseinheiten

Abstract

Die induktive Erwärmung von chemischen Reaktoren ermöglicht thermochemischen Prozessen durch die viel höhere Leistungsdichte als mit konventionellen Erwärmungsverfahren sowie der Möglichkeit von reduzierenden und/oder oxidierenden gasförmigen Reaktionsbedingungen, innovative Einsatzmöglichkeiten. Die stufenlos einstellbare, induktive Erwärmung erfolgt berührungsfrei und ohne Einsatz eines Brennstoffes. Dies ermöglicht bei Wertstoffrückgewinnungsverfahren im Bereich der Nieder- und Hochtemperaturpyrolyse viele Vorteile. Hierbei ist neben der optimalen Konstruktion des Reaktors und Induktors, die elektrische Betriebsweise und die Wahl des induktiv zu erwärmenden Materials von ausschlaggebender Bedeutung. Diese Arbeit zeigt, dass für reduzierende Reaktionsbedingungen mit Graphit als Suszeptor optimale Erwärmungsgeschwindigkeiten realisierbar sind. Graphit ermöglicht eine homogene Erwärmung im gesamten Reaktorbett. Bei Graphitteilen mit großen geometrischen Abmessungen im Verhältnis zum Induktordurchmesser visualisieren Wärmebildaufnahmen einen geringen Temperaturgradienten. Mit ferromagnetischen Stoffen konnte bewiesen werden, dass die optimale geometrische Anordnung einen großen Einfluss auf die Effizienz der Erwärmung besitzt. Die Erhöhung der Temperatur bei ferromagnetischen Stoffen ist ebenso oberhalb der Curie-Temperatur möglich, jedoch sind im Hochtemperaturbereich aufgrund der Oxidationsvorgänge des Suszpetors entsprechende Materialverluste und thermische Spannungen im Material zu berücksichtigen. Die großen magnetischen Felder der induktiven Erwärmung sind ein sicherheitstechnisches Risiko, da diese Felder technisch nicht vollständig abschirmbar sind. Daher ist der Sicherheitsabstand die einzige sinnvolle Sicherheitsmaßnahme. Die Messungen der Felder hat erstmals ergeben, dass die Abschwächung der elektromagnetischen Felder größer als die Reduktion entsprechend dem quadratischen Abstandsgesetz ist. Für die Versuchsanlage an der HTL Dornbirn mit 15 kW elektrischer Anschlussleistung beträgt der Sicherheitsabstand vier Meter. Die ausgezeichneten Resultate der induktiven Erwärmung bei Wirkungsgradbetrachtungen und die neuen Erkenntnisse, dass dieses Erwärmungsverfahren von leitenden Materialien besonders gute Resultate im Bereich des Erwärmungsvorganges, d. h. in der Hochlaufphase besitzt, bestätigt den Einsatz der induktiven Erwärmung im Bereich von temporär schwankenden Leistungsüberproduktionsphasen des elektrischen Versorgungsnetzes, verursacht durch die steigende Anwendung erneuerbarer Energie zur Stromproduktion.

Details

Titel in ÜbersetzungEnergetic and safety investigations of inductive heating of fixed bed reactors with carbonaceous and ferromagnetic susceptor materials
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Siebenhofer, Matthäus, Beurteiler B (intern), Externe Person
  • Raupenstrauch, Harald, Beurteiler A (intern)
StatusVeröffentlicht - 2019