Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT)

Kombination aus Fischer-Tropsch-Synthese und Hydrochracken

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.

Projektbeschreibung

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 %. 

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). Das CO2 kann dabei auf verschiedene Wege aktiviert werden: 1) Wasserelektrolyse und reverse Wassergas-Shift-Reaktion (RWGS), 2) Hochtemperatur-Co-Elektrolyse von Wasser und Kohlenstoffdioxid, sowie 3) direkte Synthese von flüssigen Kraftstoffen aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid. 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 können ein Mikrofestbettreaktor oder zwei verschiedene mikrostrukturierte Reaktoren mit Katalysatorbeschichtung mit etwa 2 g Katalysator eingebaut werden, um verschiedenen Varianten der Prozessintegration abzubilden. Der Einfluss verschiedener Prozessbedingungen (Temperatur, WHSV, Druck) auf die Produktivität und Selektivität des Prozesses wird untersucht.

Im Rahmen der Helmholtz-Programmforschung (Programm Speicher- und vernetze Infrastrukturen) werden systematische Studien über die verschiedenen Möglichkeiten, die Co-basierte Niedertemperatur-Fischer-Tropsch-Synthese mit Hydrocracken auf Reaktorebenen zu integrieren, durchgeführt, die sowohl experimentelle Untersuchungen als auch Computersimulationen umfasst. Ergänzend dazu soll nun im Projekt der Peter und Luise Hager Stiftung diese Studie die Prozessintegration auf Katalysatorebene untersucht werden, um eine optimale Konfiguration für die Fischer-Tropsch-Synthese in Kombination mit Hydrocracken ableiten zu können. Des Weiteren soll die Studie auf die Integration der direkten Aktivierung von Kohlenstoffdioxid ausgedehnt werden.

 

Aufbau des mikrostrukturierten Laborreaktors zur Untersuchung einer Face-to-Face Anordnung der FTS- und HC-Katlaysatorschichten unterschiedlicher Temperierung.

 

 

Veröffentlichungen:

H.Kirsch, C. Sun, P. Pfeifer, R. Dittmeyer
Process Integration for Decentralized Power to Fuel Conversion Based on the Fischer-Tropsch Synthesis (Poster), European Summer School on Multiscale Modeling in Chemical Reaction Engineering, 18-22 September 2017, Porto Carras, Griechenland

H.Kirsch, C. Sun, P. Pfeifer, R. Dittmeyer
Process Integration for Decentralized Power to Fuel Conversion Based on Fischer-Tropsch Synthesis (Poster), Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik, 7-8 März 2018, Frankfurt [angenommen]

H.Kirsch, C. Sun, J. Schwab, P. Pfeifer, R. Dittmeyer
Process Integration for Decentralized Power to Fuel Conversion Based on the Fischer-Tropsch Synthesis (Poster), Jahrestreffen Reaktionstechnik, 7-9 Mai 2018, Würzburg [angenommen]