RENEWBILITY „Stoffstromanalyse nachhaltige Mobilität im Kontext ...

Institut für Verkehrsforschung
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kommen beispielsweise Zinkoxid (ZnO-Adsorber), Eisenoxid oder Aktivkohle zum
Einsatz.
Unter dem Begriff der Gaskonditionierung versteht man die Anpassung der
Gaszusammensetzung an die Anforderungen des Syntheseprozesses. Dazu gehören
die Einstellung des für die Synthese optimalen Verhältnisses von Wasserstoff zu
Kohlenstoffmonoxid (H2/CO-Verhältnis) sowie die Entfernung von Kohlenstoffdioxid aus
dem Gasstrom. Außerdem gehört die Reformierung von Kohlenwasserstoffen zur
Konditionierung des Gases.
Synthese
Die Synthese zu BTL wurde 1925 von den Herren Fischer und Tropsch am Kaiser-
Wilhelm-Institut (KWI) für Kohleforschung in Mühlheim/Ruhr als Verfahren zur
Gewinnung von flüssigen Kohlenwasserstoffen aus Kohle entwickelt. Ab 1938 begann
die industrielle Verwertung, deren anschließende Entwicklung und Anwendung Hand in
Hand mit der Entwicklung des Ölpreises ging.
Die Fischer-Tropsch-Synthese ist ein Polymerisationsprozess, bei dem Synthesegas,
das im Wesentlichen aus H2 und CO besteht, zu kettenförmigen Kohlenwasserstoffen
umgesetzt wird. Die Produkte bilden sich, indem CH2-Kettenbausteine zu Kohlenwasserstoffketten
zusammengefügt werden. Die Basisreaktion ist stark exotherm,
weshalb der Wärmeabfuhr aus dem Prozess große Bedeutung zukommt. Die
Selektivität, also die Verteilung der Produkte (Spektrum aus leichten
Kohlenwasserstoffen (C1 bis C4), Benzinen (C5 bis C10), Dieselölen (C11 bis C20) und
Wachsen (C21+)), ist abhängig von der sog. Kettenwachstumswahrscheinlichkeit α und
wird von einer Reihe von Faktoren, wie z. B. Temperatur, Druck, Katalysator,
Reaktortyp und dem H2/CO-Verhältnis im Speisegas beeinflusst, wobei die folgenden
Zusammenhänge gelten: allgemein steigt α mit sinkendem H2/CO-Verhältnis, mit
sinkender Reaktionstemperatur und mit steigendem Druck.
Für die Synthese kommen vorrangig sog. Niedertemperaturverfahren zum Einsatz.
Dabei werden im Wesentlichen zwei Reaktortypen unterschieden /1//4//9/:
� Festbettreaktoren (Tubular Fixed Bed Reactor, TFBR). Der Festbett- oder Rohrbündelreaktor
besteht aus einem Behälter, in dem vertikal verlaufende lange
und schmale Rohre in Bündeln angeordnet sind. Über den Kopf des Reaktors
wird dieser mit Synthesegas beschickt, das die Röhren sehr schnell
durchströmt, um nach Möglichkeit turbulente Strömungsverhältnisse zu
schaffen. Die flüssigen Reaktionsprodukte, z. B. Wachse, verlassen den
Reaktorraum selbständig über den Boden. An den Außenseiten der Rohre
erfolgt die Abfuhr der Wärme durch Dampferzeugung.
� Suspensionsreaktoren (Slurry Bubble Column Reactor, SBCR). Der Reaktor ist
aus einem Reaktormantel aufgebaut, der eine Kühlschlange enthält. Das
Synthesegas wird am Boden zugeführt und steigt durch die Suspension
(Wachse, Katalysatorpartikel) auf. Am Gasauslass, der sich am Reaktorkopf
befindet, erfolgt der Abzug von nicht umgesetzten Synthesegasen, gasförmigen
Endbericht, Teil 1
Dezember 2009