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Untersuchung der Deaktivierung und Regenerierung der Katalysatoren im integrierten Fischer-Tropsch/Hydrocracken Prozess

Untersuchung der Deaktivierung und Regenerierung der Katalysatoren im integrierten Fischer-Tropsch/Hydrocracken Prozess
Stellenausschreibung: Links:
Stellenart:

Bachelorarbeit

Institut:

IMVT

Eintrittstermin:

06/2018

Kontaktperson:

Kirsch, Hannah

Hintergrund und Motivation

Im Rahmen der Energiewende soll die globale Erderwärmung bis 2050 auf maximal 2 °C im Vergleich zum vorindustriellen Niveau begrenzt werden. Der prozentuale Anteil des Verkehrssektors an der Emission von anthropogenen Treibhausgasen liegt bei fast 20 %. Die sogenannte Power-to-Fuel Technologie (P-to-X) kann dazu beitragen, die Umstellung des Verkehrssektors von fossilen Kraftstoffen auf CO2-neutrale Treibstoffe zu realisieren. Flüssige Kraftstoffe werden neben anderen Alternativen wie e-Mobilität und Wasserstoff auch in Zukunft eine wichtige Rolle im Verkehrssektor spielen, besonders für den Lastschwerverkehr sowie den Flugverkehr.

Die P-to-X Technologie wandelt erneuerbare Energie und Kohlenstoffdioxid in alternative flüssige Kraftstoffe um. Diese zeichnen sich durch eine hohe Reinheit sowie eine hohe volumetrische Energiedichte aus. Durch die Drop-in Qualität ist es möglich, schon vorhandene Infrastruktur zu nutzen. Eine attraktive Prozessroute zur Herstellung von alternativen flüssigen Kraftstoffen verläuft über die Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) und Hydrocracken (HC). Dezentrale, kleine Anlagen mit intensivierter Prozessführung, zum Beispiel realisiert durch Mikroreaktionstechnik, ermöglichen einen dynamischen Betrieb, um den Herausforderungen durch stark fluktuierende und lokal verteilte erneuerbaren Energien gewachsen zu sein.

Die Integration der Kobalt-katalysierten Niedertemperatur-Fischer-Tropsch-Synthese und Hydrocracken steht im Fokus dieses Projektes. In einem einstufigen Prozess wird Synthesegas hauptsächlich zu flüssigen Kraftstoffen (Kohlenwasserstoffe im Bereich der Kettenlängen von C10-C20) umgesetzt, indem die langkettigen Kohlenwasserstoffe aus der Fischer-Tropsch-Synthese nochmals selektiv gecrackt werden. In einem am Institut für Mikroverfahrenstechnik vorhandenen Versuchsstand kann ein Mikrofestbettreaktor und zwei verschiedene mikrostrukturierte Reaktoren (siehe Abbildung 1) eingebaut werden, um verschiedenen Varianten der Prozessintegration abzubilden (siehe Abbildung 2).

Abbildung 1: Verschiedene Reaktoren für die Prozessintegration von Fischer-Tropsch Synthese und Hydrocracken (Mikrofestbettreaktor, mikrostrukturierter Reaktor I, mikrostrukturierter Reaktor II)

Abbildung 2: Verschiedene Varianten der Prozessintegration von FTS und HC auf Reaktorebene im Festbettreaktor (links) und im mikrostrukturierten Reaktor (rechts).

Für die Niedertemperatur-Fischer-Tropsch Synthese wird ein Co Katalysator verwendet. Für das Hydrocracken wird ein bifunktioneller Katalysator mit einer (de)hydrierenden metallischen Komponente und einem Zeolithen eingesetzt, an dessen sauren Zentren die langkettigen Kohlenwasserstoffe gecrackt werden. Eine Herausforderung der Prozessintegration besteht darin, dass beide Katalysatoren bei gemeinsamen Reaktionsbedingungen und einem gemeinsamen Reaktionsmedium arbeiten.

 

Forschungsthemen und Aufgaben der Arbeit:

Ziel der Arbeit ist, die Degenerierung des FTS- und HC-Katalysators bei verschiedenen Prozessbedingungen zu beobachten und qualitativ zu beschreiben sowie eine gemeinsame Regenerierung beider Katalysatoren zu untersuchen.

Aufgaben der Arbeit sind:

  • Literaturstudie über bestehende (oxidative) Regenerierungsverfahren für FTS-Katalysatoren und HC-Katalysatoren;
  • Herstellung FTS- und HC Katalysator sowie ggf. Herstellung der entsprechenden Katalysatorpasten und Beschichtung von mikrostrukturierten Folien mittels Siebdruck;
  • Experimente zur Degenerierung beider Katalysatoren unter verschiedenen Prozessbedingungen (Temperatur, Druck,…);
  • Experimente zur gemeinsamen Regenerierung von FTS- und HC-Katalysatoren.

 

Die Ergebnisse der Arbeit werden innerhalb eines Institutsseminars vorgetragen. Die schriftliche Arbeit darf 35 – 40 Seiten nicht überschreiten.

Basiskenntnisse der Chemie/ des Chemieingenieurwesens sind Voraussetzung.

Anfang der Arbeit: ab Sommer/Herbst 2018

Aufgabensteller: Prof. Dr.-Ing. R. Dittmeyer

Betreuerin: M. Sc. H. Kirsch