Katalytische Verdampfungsverfahren – Rückstandsfreie Verdampfung flüssiger Energieträger

Eine gute Gemischbildung der Reaktionspartner ist Voraussetzung für den stabilen und effizienten Betrieb vieler chemischer Prozesse. Besonders bei Oxidationsprozessen, z. B. der Verbrennung, reduziert eine homogene Vermischung Emissionen und verhindert die Rußbildung. Unser patentiertes katalytisches Verfahren überführt flüssige Kraftstoffe in die Gasphase. Die Vermischungsvorteile konnten innerhalb zahlreicher Projekte in verschiedensten Anwendungen (Brenner, Partikelfilter, Reformer) nachgewiesen werden. Im Mittelpunkt dieses Projekts steht die Kopplung mit dem Motor. Ziel ist, den Verdampfer auf die innermotorische Nutzung anzupassen und die erwartete Reduzierung von Stickoxid- und Rußemissionen an einem Motorteststand zu verifizieren.

Der am Fraunhofer ISE entwickelte katalytische Verdampfer funktioniert nach dem in Abb. 2 gezeigten Prinzip. Der flüssige Kraftstoff wird auf die Innenseite der Reaktorwand zugegeben, während Luft katalysatorseitig zugeführt wird. Ein geringer Teil des Kraftstoffs oxidiert am Katalysator und die dabei erzeugte Wärme wird zur vollständigen Verdampfung des Kraftstoffs genutzt. Die Wärmeübertragung erfolgt überwiegend durch Wärmestrahlung von der heißen Katalysatoroberfläche auf die Oberfläche des Kraftstofffilms. Die Reaktorwand, auf die der Kraftstoff aufgegeben wird, ist dabei stets kälter als der Kraftstoff selbst. So entstehen keinerlei Ablagerungen oder Verkrustungen. Unser katalytisches Verdampfungsverfahren wurde bereits erfolgreich für unterschiedlichste Kraftstoffe wie Diesel, Biodiesel und Ethanol getestet. Neben einer hohen Brennstoffflexibilität bietet er auch einen hohen Moduluationsbereich (1:10). Ferner lässt er sich in einem sehr großen Leistungsbereich skalieren (< 1 kW bis > 500 kW). Das kompakte Design und die Robustheit des Verfahrens ermöglicht eine einfache und lageunabhängige Integration in neue und bestehende Systeme. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verdampfungsverfahren wird im Betrieb keine externe Beheizung benötigt. Nur zum Starten muss der Verdampfer einmalig elektrisch aufgeheizt werden. Um den entstehenden Kraftstoffdampf mit Referenzkraftstoffen zu vergleichen, wurde am Fraunhofer ISE eine Testumgebung für die Vermessung von Zündverzugszeiten entwickelt. Darüber hinaus wurde erstmalig eine Verdampfereinheit mit einem 1-Zylinder-Diesel-Motor gekoppelt.