In der vorliegenden Arbeit wird das Potenzial von in-situ-Biokoksgemischen aus einem Vergasungsprozess (flugaschehaltige Strohkokse), spezial hergestellte pyrolysierte Biokokse aus Holz, Stroh und Palmkernschalen und metallimprägnierte Biokokse (Kalium- und eisenbeladene Palmkernschalen) zur Wiederverwendung als Teerreformierungskatalysatoren in Vergasungsprozessen untersucht. Die katalytische Aktivität und Reformierungsselektivität verschiedener Materialien wurden mit Toluol und Naphthalin als Teermodellkomponenten in Gegenwart von Wasserdampf und Wasserstoff (Hauptzusammensetzung des Synthesegases aus sorptionsunterstützter Wasserdampfvergasung und Wasserdampf-Sauerstoff-Vergasung) in einem Festbettreaktor im Labormaßstab bei Temperaturen bis 900 °C untersucht.
Es wurde nachgewiesen, dass flugaschehaltige Strohkokse, die aus dem Wasserdampf-Sauerstoff-Vergasungsprozess stammen, als Teerreformierungskatalysator eingesetzt werden können, um die Gesamtleistung des Wasserdampf-Sauerstoff-Vergasungsprozesses zu verbessern. Es wurde festgestellt, dass die signifikante Wirkung von Wasserstoff auf die Reformierung von Toluol durch die Bildung von Benzol durch Hydrodealkylierungsreaktion verursacht wurde. Das volumetrische Verhältnis von H2O zu H2 war ein wesentlicher Parameter, der die Selektivität der Reformierung von Toluol bestimmte. Obwohl die Koexistenz von Toluol und Wasserstoff die Vergasung hemmen würde, wurde bewiesen, dass die flugaschehaltigen Strohkokse während der Reformierung von Toluol vergast werden. Aus dieser Vergasung resultieren auch eine Veränderung der katalytischen Aktivität und der Reformierungsselektivität.
Bei pyrolysierten Biokoksen kann das kostengünstige Material, Holzkokse, Strohkokse und Palmkernschalenkokse erfolgreich als Teerreformierungskatalysator nach dem sorptionsunterstützten Wasserdampfvergasungsprozess verwendet werden. Die theoretische Raumzeit bis zum Erreichen der vollständigen Umwandlung von Naphthalin betrug 0,07 kg h m-3 bei 850 °C für Holzkokse, was eine vielversprechende katalytische Aktivität zeigt. Kalium- und eisenbeladene Palmkernschalenkokse zeigten ebenfalls eine viel bessere katalytische Aktivität als Palmkernschalenkokse, während die parallele Vergasungsreaktion von K-beladenen Palmkernschalenkoksen die Umwandlung mit ihrem drastischen Massenverlust beeinflusste.
Schließlich wurden die spontane Vergasung und die katalytische Aktivität von Holzkoksen in simulierten sorptionsunterstützten Wasserdampfvergasungsumgebungen mit Toluol und Naphthalin als Teermodellkomponenten untersucht. Zusätzlich wurde CaO als Referenzkatalysator zum Vergleich verwendet, da CaO ein häufig verwendetes Sorptionsmittel im sorptionsunterstützten Wasserdampfvergasungsprozess ist. In dieser Arbeit wurde ein Modell der Vergasungsreaktivität während der Reformierung von Teermodellkomponenten an Holzkoksen entwickelt, das auf der Reaktivität bei 20 % Kohlenstoffumsatz unter Verwendung des erweiterten Zufallsporenmodells basiert, wobei der präexponentielle Faktor, die Aktivierungsenergie und ein Strukturparameter zu 1,65·1010 min-1,
265,8 kJ mol-1 und 127 berechnet wurden. Bei der Untersuchung der katalytischen Aktivität wurde festgestellt, dass Wasserstoff die Teerreformierung an CaO hemmt, während der Einfluss von Wasserstoff an Holzkoksen unbedeutend war. Die Ergebnisse zeigten, dass eine spontane Vergasung während der Reformierung von Teersubstituten zu Massenverlust, Porenkollaps und Agglomeration anorganischer Substanzen führte, was zur katalytischen Deaktivierung von Holzkoksen beitrug. Unter Berücksichtigung der durch die Vergasung verursachten Deaktivierung wurde der Kohlenstoffumsatz dann als Variable verwendet, um die kinetischen Gleichungen der Reformierung von Teersubstituten zu modifizieren. Die Aktivierungsenergie und der präexponentielle Faktor der Reformierung von Naphthalin (und von Toluol) auf Holzkoksen wurden mit den Werten von 422,5 kJ mol-1 und 2,92·1022 m3 kg-1 h-1 (284,8 kJ mol-1 und 1,90·1015 m3 kg-1 h-1) berechnet, während die Werte für CaO 126,9 kJ mol-1 und 6,79·104 m3 kg-1 h-1 (254,5 kJ mol-1 und 6,73·1011 m3 kg-1 h-1) betrugen.
Die in dieser Arbeit entwickelten kinetischen Modelle wurden verwendet, um einen Teerreformer zu entwerfen, der in den sorptionsunterstützten Wasserdampfvergasungsprozess integriert ist.