Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT)

DynSyn – Dynamische Synthese von Kraftstoffen aus Überschussstrom

Die wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele in DynSyn konzentrieren sich auf die Untersuchungen dynamischer Betriebsweise mit Wechselwirkung auf die zeitliche Variation des Produktspektrums/Kraftstoffzusammensetzung der Fischer-Tropsch Synthese sowie auf die Implikationen der dynamischen Parameter auf die Katalysatorstabilität.

Projektbeschreibung

Durch das hohe Verhältnis aus Wärmeübertragungsoberfläche- zu Reaktionsvolumen in strukturierten Apparaten können nicht nur eine optimale Wärmeabfuhr aus der FT Synthese gewährleistet werden, sondern auch ein relativ schneller Wechsel der Reaktortemperatur realisiert werden. Auf diese Weise ist es denkbar, dass Schwankungen im Volumenstrom und der Zusammensetzung aufgrund unterschiedlicher Stoffmengenströme an CO2 (quellenabhängige Fluktuation) und H2 (Stromfluktuation in der Elektrolyse) und damit im genutzten Synthesegas-Feed (vorgelagerte reverse Wassergaskonvertierung angenommen) ausgeglichen werden können. So ist z.B. ein vollständiger Wasserstoffverbrauch durch Reaktion zu vermeiden, um Verkokung des Katalysators zu verhindern. Durch die hohe Raum-Zeit-Ausbeute und die sehr kleine Verweilzeit in den mikrostrukturierten Reaktoren ist außerdem damit zu rechnen, dass sich die ändernden Randbedingungen am Katalysator stärker in der Produktzusammensetzung wiederspiegeln werden.

Im Rahmen der Helmholtz-Forschung wurde eine durchgehende Prozesslinie aus reverser Wassergaskonvertierung, FT Synthese und Hydrocracking mit einem Gesamtdurchsatz von 20 l/min aufgebaut. Der für das Labor relativ hohe Durchsatz erlaubt mindestens eine minutenweise Abnahme analysierbarer flüssiger Produkte, so dass hier eine entsprechende Anlage für detaillierte Untersuchungen im Rahmen des vorgeschlagenen Projektes zur Dynamik der FT Stufe existiert. Die Anlagenteile sind dazu individuell betreibbar gestaltet. Aufgrund der Komplexität der Stoffzusammensetzung der Produkte aus der FT Synthese wurden im Rahmen des Projektes zunächst Grundüberlegungen zur Probennahme und der Analysenmethode angestellt, um größere Totzeiten zwischen Reaktor und Probenahme zu vermeiden und wesentliche Parameter der Stoffzusammensetzung schnell zu erfassen. Neben experimentellen Untersuchungen mit dynamisch wechselnden Stoffzusammensetzungen, Durchfluss und Temperatur werden begleitende Simulationen des Reaktors und der darin ablaufenden Transportprozesse sowie der Katalyse durchgeführt, um die Interpretation der experimentellen Ergebnisse zu erleichtern. Besonderes Augenmerk wird auch auf die Wechselwirkung von Parametervariation und Katalysatordesaktivierung gelegt, um geeignete Regelstrategien oder Katalysatoralternativen zur Vermeidung von Desaktivierung zu erarbeiten. Zur Ursachenforschung für die Desaktivierung ist eine Kooperation mit in-operando Spektroskopie an den verwendeten Katalysatoren mit Hilfe von Synchrotronstrahlung in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Grunwaldt am KIT etabliert.