HAW-FR-857 Projekt MEDEA Plasmacrackinganlage

Description

Im Rahmen des Projektes MEDEA soll die Umsetzung von Methan/Erdgas in einem Mikrowellenplasma Reaktor untersucht werden. Hierbei steht nicht die grundsätzliche Machbarkeit im Vordergrund, sondern Untersuchungen zu technologisch und ökonomisch sinnvollen Anlagen und Verfahrensparametern. Eine möglichst hohe Energieeffizienz, die Möglichkeit eines kontinuierlichen sowie eines regelbaren Betriebs sowie weitere technische Merkmale sind daher für das Projekt zwingend notwendig. Lot 1: 2. Leistungsbeschreibung Anlage für Plasmachemie-Prozesse 2.1 Funktionsweise der Anlage / Kategorisierung der Technologie Im Rahmen des vorliegenden Projektes wird die Umsetzung von Methan/Erdgas in einem Mikrowellenplasma Reaktor untersucht. Hierbei steht nicht die grundsätzliche Machbarkeit im Vordergrund, sondern die Untersuchungen zu technologisch und ökonomisch sinnvollen Anlagen und Verfahrensparametern. Folgende Bedingungen müssen daher gegeben sein: Selektive Erdgaspyrolyse zu Wasserstoff und Kohlenstoff Betrieb über Atmosphärendruck (für variable und hohe Volumenströme) Hieraus ergeben sich für die zu beschaffende Anlage technologische Rahmenbedingung: 1.) Die im Projekt einzusetzende Plasmaquelle muss durch Mikrowellen angeregt sein, da nur über eine geeignete Mikrowellenplasma-Anregung ein Energieübertrag ausschließlich auf die Elektronen im Plasma erfolgt. Dies ist notwendig, um Energieverluste durch direkte Anregung von Ionen und damit auch des Neutralgases zu vermeiden. Daher ist die Mikrowellenanregung Gegenstand und zwingend für das Projekt. 2.) Da die Leistungseinkopplung im hohen Leistungsbereich erfolgen soll, wird in dem Projekt weiterhin eine Multiantenneneinkopplung der Mikrowellen in den Plasmaraum gefordert. Hierdurch sollen Nahfeldeffekt auf das Plasma durch einseitige Leistungseinkopplung ausgeschlossen werden und unnötige Plasmawandwechselwirkungsverluste, insbesondere bei hohen Leistungseintrag ausgeschlossen bzw. vermieden werden. 3.) Aus Punkt zwei resultiert auch die dritte zwingende Anforderung an die im Projekt zu beschaffende Anlage. Um einen hohen Mikrowellenleistungseintrag zu gewährleisten und zudem Verluste durch Plasmawandwechselwirkung zu vermeiden, muss der Durchmesser des Plasmaanregungsvolumens (d.h. in der Regel der Durchmesser des Quarzglasrezipienten im Anregungsbereich) mindestens eine Freiraumwellenlänge und ebenso die Länge des Anregungsvolumens (Im vorliegenden Fall >123mm (2,45 GHz) betragen. 4) Weiterhin muss die Anlage einen 24/7 Betrieb unter Berücksichtigung der Feststoff-abscheidung mit manueller Entnahme (dazu Pkt. 2.3, 2.4 Standby Modus) und Einhaltung der Wartungszyklen erlauben. 5.) Die Anlage muss zudem im Überdruck (typ. 1 - 2 bar abs.) betreibbar sein. 2.2 Dimensionierung / Leistungskennzahlen - Leistung: 3-6kW elektrisch (regelbar in diskreten 100W Schritten) - Eingangsdruck: 5barü - Eingangsvolumenstrom: 1-50 m³/h (regelbar in diskreten Schritten, Schrittweite i.d.R. 3% des MFC Endwertes) 2.3 Integration Standort - Integration in einen Container / Wetterschutz von der HAW: Die gesamte Anlage (inkl. Peripherie) muss von der Dimensionierung so angeboten werden, dass diese in einen 20‘ Container mit den Standardinnenmaßen (5.898 x 2.352 x 2.390) integriert werden kann - Elektrischer Anschluss: 32A 400V Drehstrom - Feststoffabscheider und Ausschleusung - integrierter Kühlkreis inkl. Wärmetauscher zum Anschluss des Kühlwassers von Gasnetz Hamburg - Interne Steuerung und Prozessüberwachung - Betriebszeiten ganzjährig - Frostschutz (anlagenintern) - Geräusch Emission < 70dB (Messung: Abstand 3 m Entfernung) - Verwendung von Erdgas (H-Gas inkl. Odorierung), Biogas (~80% CH4, 15%H2, 5% CO2, <1% N2, <0,1% O2, Spuren von H2S) oder Gasgemischen aus CO2 und CH4 2.4 Steuerung und Regelung - flexible Fahrweise (Anlaufzeiten <10min nach Anschalten/ <1min nach Standby Modus) - Datenkommunikation (sämtlicher Datenpunkten) über gängige Protokolle die Cybus abdeckt (https://www.cybus.io/connectivity-portfolio/) - Leistungssteuerung , Schrittweite 100W im Bereich 3kW bis 6kW - Eingangsvolumenstromsteuerung (zwischen 1-50m³/h) regelbar im Bereich 3% des MFC Endwertes - stufenlose Druckeinstellung (zwischen 0barü bis 1,5barü) 2.5 Dokumentation Folgende Dokumente müssen beigelegt werden: - Funktionsbeschreibung - Konformitätserklärung Komponenten und Gesamtanlage - Datenblätter und ggf. Typbezeichnungen der gelieferten Komponenten 2.6 Sicherheitsmaßnahmen CE Zertifikation