Entwicklung, Herstellung, Charakterisierung und Testung von innovativen, hochporösen Adsorptions-, Getter- und Trägermaterialien GNF Gesellschaft zur Förderung der naturwissenschaftlich-technischen Forschung in Berlin- Adlershof e. V. Projektleiter: Dr. Lutz Hippe Projektlaufzeit: bis Das Projekt wird im Rahmen des Programms INNO-WATT durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert. Reg.-Nr.: IW

Gettermaterialien und Adsorbenzien - Erfahrungen und Schwerpunkte  Entwicklung, Herstellung, Charakterisierung und Testung von Alkali- Gettermaterialien zur Rauchgasreinigung bei hohen Temperaturen  FuE-Arbeiten und technische Erprobung von Alkali-Gettermaterialien im Rahmen des Druckkohlenstaubfeuerungs (DKSF)-Verfahrens  Heißgasreinigungs- und Trägermaterialien mit hoher Porosität, Abriebfestigkeit und thermischer Stabilität  Hochporöse Formkörper als Adsorbenzien zur Wasserreinigung  Trägermaterialien zum Einsatz in der Biotechnologie 2

Gettermaterialien zur Alkaliabscheidung im DKSF-Verfahren Hauptelemente des DKSF- Verfahrens Arbeitsparameter der Brennkammer:  Temperatur: ca °C  Druck: ca. 16 bar Zielstellungen für die Rauchgasreinigung:  Partikelgehalt:  3 mg/Nm³  Alkaligehalt:  0,01 mg/Nm³ Alkaligettermaterial vor und nach dem Einsatz im DKSF- Alkaliabscheider Einsatzdauer 10 Tage bei ca °C 3

GNF-Labortestanlage (Rohrofen)  Einsatz einer Labortestanlage mit Hochtemperatur-Rohrofen und Spezialbrenner unter Nutzung einer Tracer-methode zum Nachweis von Alkalien  Messung des Temperaturverhaltens und der Reaktivität von Materialien in definierter Gasatmosphäre bei Temperaturen bis 1500 °C 4

Gesamtschema Labortestanlage 5

Formkörperherstellung  Entwicklung, Herstellung, Charakterisierung und Testung von Adsorbenzien und Trägermaterialien  Entwicklung von Technologien zur Herstellung von Formkörpern im Labor-, Technikums- und Produktionsmaßstab 6

Herstellung von Formkörpern mit hoher Schmelzstabilität 7 Formkörper mit ungenügender Schmelzstabilität Die Versinterung während der Herstellung im Labor und unter großtechnischen Bedingungen führt zum Verbacken der Formkörper sowie zum ungenügenden Ausbrand des Porosierungsmittels Versinterungen und Bildung von Schmelzphasen während des Einsatzes im DKSF- Alkaliabscheider

Einstellung der Porosität durch Variation des Porosierungs-mittels durch Variation der Porosierungs- mittelmenge durch Variation der Glühbedingungen Bestimmung der Wasseraufnahmekapazität (WAK) in Anlehnung an DIN für keramische Materialien nach der Vakuummethode 8

Ermittlung der Porosität durch Bestimmung der Wasseraufnahmekapazität (WAK) Die Bestimmung der WAK erfolgt in Anlehnung an DIN für keramische Massen nach der Vakuummethode Gramm wasserfrei getrocknete Probe auswiegen mit Wasser überschichten (0,05 % Tensidzusatz) 30 Minuten evakuieren oberflächliches Haftwasser abschütteln und zurückwiegen aus Trocken- und Naßgewicht WAK bestimmen 9

Einfluß der Herstellungstechnologie auf die Porosität 10

Texturdaten Probe Vollstränge 7 mm ø Schüttdichte g/l Glühtemperatur 1200 °C Probe Loch-Hohlstränge 20 mm ø Schüttdichte ca. 550 g/l Glühtemperatur 1400 °C 11 Messungen der KataLeuna GmbH

Herstellung hochporöser Materialien Durch zielgerichtete Einstellung der Rezeptur können anwendungs- spezifisch maßgeschneiderte hochporöse Materialien hergestellt werden. Ansätze GNF / Vollstränge Durchmesser 7 mm Länge mm Glühtemperatur bis 1200 °C 12

Phasenuntersuchungen 13 Ansatz GNF011-06, T Hydrargillit Ansatz GNF012-06, T Pseudoböhmit 800 °C 1000 °C 1200 °C

Untersuchungen zum Ausbrandverhalten der Porosierungsmittel 14 Grundmaterial: Kärlicher Ton / Hydrargillit Nur Koksmehl < 0,4 mm als PMKoksmehl < 1 mm mit AHCKoksmehl < 1 mm mit AHC unter verstärkter Luftzufuhr ausgebrannt Porosierungsmittel: 20 % Koksmehl, 20 % AHC Ausbrand: 4 h bei °C

Anwendungsorientierte Materialoptimierung 15 Querschnitt eines hochporösen Vollstranges

Charakterisierung 16  Elementanalyse  Röntgen-Phasenanalyse

Formkörperherstellung  Hohe mechanische Festigkeit Hohe Abriebfestigkeit < 2 % bei einer Porosität von 50% Hohe Druckfestigkeit bis 65 N/mm² (Extrudate mit 6 mm Ø)  Laborausrüstung zur Strangverformung 17

Hochporöse Trägermaterialien und Adsorbenzien hohe offene Porosität Schmelzstabilität bis über 1750 °C Hohlstränge Granulate Vollstränge 1400 °C 1000 °C 800 °C 18