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Herstellung von CO2-neutralen flüssigen Kraftstoffen durch Kombination von Fischer-Tropsch Synthese (FTS) und Hydrocracken (HC): Prozesssimulation verschiedener Prozesskonfigurationen mittels Aspen®

Herstellung von CO2-neutralen flüssigen Kraftstoffen durch Kombination von Fischer-Tropsch Synthese (FTS) und Hydrocracken (HC): Prozesssimulation verschiedener Prozesskonfigurationen mittels Aspen®
Stellenausschreibung: Links:
Stellenart:

Bachelor- oder Masterarbeit

Institut:

IMVT

Eintrittstermin:

Frühjahr 2019

Kontaktperson:

Kirsch, Hannah

Hintergrund und Motivation

Die globale Erderwärmung soll 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 % und die weltweite Nachfrage an Mobilität wird in Zukunft sogar noch stetig ansteigen aufgrund der wachsenden Weltbevölkerung und dem steigenden Lebensstandard. Studien zeigen, dass flüssige Kraftstoffe neben alternativen Optionen wie e-Mobilität und Wasserstoff, auch in Zukunft noch eine wichtige Rolle im Transportsektor spielen werden, besonders für den Schwerlastverkehr sowie den Flugverkehr. Die sogenannte Power-to-Fuel Technologie kann dazu beitragen, die Umstellung des auf flüssigen Kraftstoffen basierenden Verkehrssektors von fossilen Treibstoffen auf CO2-neutrale Treibstoffe zu realisieren. Erneuerbare Energie und Kohlenstoffdioxid werden in alternative flüssige Kraftstoffe umgewandelt. Diese zeichnen sich durch eine hohe Reinheit sowie eine hohe volumetrische Energiedichte aus und die Drop-in Qualität ermöglicht es, die schon vorhandene Infrastruktur zu nutzen. Eine attraktive Prozessroute verläuft über die Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) und Hydrocracken (HC). Das CO2 kann dabei auf verschiedene Wege aktiviert werden, zum Beispiel durch reverse Wassergas-Shift-Reaktion (RWGS). 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.

 

Abbildung 1: Die Power-to-Fuel Technologie: Herstellung flüssiger Kraftstoffe aus Kohlenstoffdioxid und erneuerbaren Energien.

Kombination von Fischer-Tropsch Synthese und Hydrocracken

In einem Projekt in Verbindung mit dem Kopernikus-Projekt Power-to-X und finanziert durch die Peter-und-Luise-Hager Stiftung wird die Integration der Kobalt-katalysierten Niedertemperatur-Fischer-Tropsch-Synthese mit dem Hydrocracken der FT-Produkte untersucht. Synthesegas wird 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.

Abbildung 2: Prozessintegration von Fischer-Tropsch Synthese (FTS) und (Hydrocracken).

 

Aspen® Simulation

Prozesssimulation der verschiedenen denkbaren Konfigurationen von Fischer-Tropsch-Synthese und Hydrocracken sowie auch RWGS ermöglichen eine Vorhersage der Energieeffizienz und Investitionskosten der verschiedenen Prozesskonfigurationen.

 

Forschungsthemen und Aufgaben der Arbeit:

Im Rahmen einer theoretischen Arbeit soll eine Prozesssimulation für die Herstellung von synthetischen Flüssigkraftstoffen über RWGS, FTS und HC erstellt werden. Der Schwerpunkt dieser Arbeit sollte auf der Simulation verschiedener Prozesskonfigurationen der FTS-Einheit und der HC-Einheit liegen, während die RWGS-Einheit auf eine Standardbetriebsart festgelegt werden sollte, die durch Daten aus der Literatur definiert ist. Unterschiedliche Prozesskonfigurationen von FTS und HC können verschiedene Reaktorstufen, Produkttrennung, Recycling und Wasserstoffzugabe beinhalten. Darüber hinaus sollte eine wirtschaftliche Bewertung einiger ausgewählter Prozesskonfigurationen durchgeführt werden. Die Arbeit baut auf einer Vorgängerarbeit auf.

Aufgaben der Arbeit sind:

  • Literaturstudie
  • Einarbeitung in Aspen®;
  • Simulation ausgewählter Prozesskonfigurationen in Aspen® und Bewertung des Systemwirkungsgrades sowie der Energieeffizienz
  • Vortrag der Ergebnisse der Arbeit innerhalb des Institutsseminars

 

Der Umfang (Bachelorarbeit oder Masterarbeit) der Arbeit sowie der Schwerpunkt der Arbeit kann nach Absprache festgelegt werden. Basiskenntnisse der Chemie/ des Chemieingenieurwesens sind Voraussetzung. Freude am Simulieren sollte vorhanden sein.

Anfang der Arbeit: Frühjahr 2019

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

Betreuerin: M. Sc. H. Kirsch