Beschichtung faserverstärkter Oxidkeramiken (OCMC) für die Hochtemperaturreaktionstechnik – e-Reformer

Beschichtung faserverstärkter Oxidkeramiken (OCMC) für die Hochtemperaturreaktionstechnik – e-Reformer

Die endotherme Hochtemperatursynthese ist das volumenstärkste industrielle Verfahren und steht am Anfang der Wertschöpfungskette für fast alle aus Kohlenwasserstoffen hergestellten Produkte (z.B. Kunststoffe, H2…) in der chemischen Industrie. All diese Synthesen laufen unter Wärmezufuhr ab und wirtschaftliche Umsätze können nur bei sehr hohen Temperaturen erzielt werden. Die hohen Temperaturen werden in großen Industrieanlagen über Gasbrenner bereitgestellt. Diese erhitzen Bündelrohrreaktoren, in denen die chemische Reaktion abläuft.

Die Metallrohre, welche in Bündelrohrreaktoren eingesetzt werden, limitieren die Maximaltemperatur im Reaktionsraum auf ca. 900°C und begrenzen somit die Effizienz des Verfahrens.

Im vorliegenden Forschungsprojekt sollen konventionelle metallische außenbeheizte Rohrreaktoren durch elektrisch beheizbare oxidkeramische Rohre ersetzt werden. Mit oxidkeramischen Rohrsystemen kann zum einen die Prozesstemperatur auf über 1000°C gesteigert werden, zum anderen wird durch das Aufbringen von Heizleiterschicht eine elektrische Wärmeerzeugung ermöglicht, wodurch auf die Verbrennung von fossilen Kraftstoffen zur Wärmeerzeugung verzichtet werden kann.

Faserverstärkte Oxidkeramiken (OCMC) weisen eine erhöhte Bruchfestigkeit des resultierenden Bauteils durch die Verstärkung von Keramikfasern auf und verhindern das spröde Versagen der klassischen technischen Keramiken. Da OCMCs besitzen eine offene Porosität und sind daher nicht diffusionsdicht. Am IFKB entwickeln wir Gasdiffusionsschichten aus Oxidkeramik und Mischoxidkeramik mittels atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) und Suspensionsspritzen (HVSFS), die eine Steigerung der Gasdichtigkeit um eine bis zwei Größenordnungen ermöglichen und oberhalb der Betriebstemperatur phasenstabil sind (Bild 1). Das Suspensionsspritzen lässt die Verarbeitung von feinem Pulver zu, wodurch dichte Schichten hergestellt werden können.

Die auf der Gasdiffusionsschicht aufgebrachten und in das Bauteil integrierten elektrischen Heizleiterschichten bieten eine leistungsfähige und effiziente Direktbeheizung bei hohen Temperaturen (Bild 2). Dadurch können auch kleine dezentrale Anlagen, beispielsweise zur Wasserstoffsynthese, realisiert werden.

Bild 1: Mikroskopische Querschliffe einer mit Aluminiumoxid plasmabeschichteten OCMC-Struktur. Sie soll als Stützstruktur dienen und den Heizleiter vor Oxidation schützen.

Bild 1: Mikroskopische Querschliffe einer mit Aluminiumoxid plasmabeschichteten OCMC-Struktur. Sie soll als Stützstruktur dienen und den Heizleiter vor Oxidation schützen.
Bild 1: Mikroskopische Querschliffe einer mit Aluminiumoxid plasmabeschichteten OCMC-Struktur. Sie soll als Stützstruktur dienen und den Heizleiter vor Oxidation schützen.
Bild 2. Links: Konzeption des Rohrreaktors mit integriertem Heizleiter. Rechts: Suspensionsgespritzter Heizleiter im Lichtmikroskop.
Bild 2. Links: Konzeption des Rohrreaktors mit integriertem Heizleiter. Rechts: Suspensionsgespritzter Heizleiter im Lichtmikroskop.

Fördergeber Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg

Projektpartner

Institut für chemisches Verfahrenstechnik, ICVT
70199 Stuttgart

Walter E.C. Pritzkow Spezialkeramik
70794 Filderstadt

obz innovation gmbh
79189 Bad Krozingen

Dieses Bild zeigt Ebru Gyoktepeliler Akin

Ebru Gyoktepeliler Akin

M.Sc.

wissenschaftliche Mitarbeiterin

Dieses Bild zeigt Christian Semmler

Christian Semmler

M.Sc.

wissenschaftlicher Mitarbeiter

Dieses Bild zeigt Andreas Killinger

Andreas Killinger

apl. Prof. Dr. rer. nat.

Abteilungsleiter Oberflächentechnik und Schichtverbunde

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