Analyse und Bewertung ausgewählter zukünftiger ...

KRAFTSTOFFOPTIONEN AUS FESTER BIOMASSE
Fischer-Tropsch-Synthese
Die Technologie der Fischer-Tropsch-Synthese wird gegenwärtig auf Kohle- und Erdgasbasis
großtechnisch kommerziell betrieben 8 . Sie wurde in der Vergangenheit insbesondere im Hinblick
auf eine hohe Selektivität (d. h. Verteilung der entstehenden Rohprodukte) weiterentwickelt
[6], [18], [221].
Die Synthese folgt dem Mechanismus einer Polymerisationskinetik mit der Anderson-Schulz-
Flory-Verteilung 9 , wobei das Produktspektrum ein komplexes Multikomponentengemisch aus
linearen und teils verzweigten Kohlenwasserstoffen sowie O2-haltigen Produkten umfasst
(z. B. Brenn- und Flüssiggase (C1-C4), Benzine bzw. Naphtha (C5-C10), Dieselöle (C11-C20)
und Wachse (C21+)). Die Selektivität wird wesentlich durch Temperatur- und Druckniveau,
Katalysator (u. a. Art, Dotierung und Alter), Reaktortyp und dem H2/CO-Verhältnis im Synthesegas
beeinflusst. Dabei nimmt die Kettenwachstumswahrscheinlichkeit mit sinkendem
H2/CO-Verhältnis, mit sinkender Reaktionstemperatur und mit steigendem Druck zu. Für die
Kraftstofferzeugung erfolgt die katalytische Umwandlung des Synthesegases im Niedertemperaturbereich,
wobei als Katalysatoren Eisen (H2/CO von ca. 1,7 bei 240 bis 380 °C und
10 bis 70 bar; ermöglicht gleichzeitig die Wasser-Gas-Shift-Reaktion) oder Kobalt (H2/CO
von ca. 2,5 bei 120 bis 250 °C und 1 bis 30 bar; bei höherem H2O-Partialdruck sowie höheren
Synthesegasumsätzen mit längeren Standzeiten) zum Einsatz kommen können [51], [65],
[106], [122], [166], [221].
Für die Niedertemperatursynthese finden Festbett- bzw. Rohrbündelbehälter (bislang realisierte
Kapazität ca. 240 m³/d) oder Suspensionsreaktoren (Kapazität ca. 1 600 m³/d) Anwendung,
die u. a. hinsichtlich gewünschter isothermer Betriebsweise, Katalysatoranteil und -austausch,
Skalierung der Reaktorgröße teils erhebliche Unterschiede aufweisen. Hinsichtlich der
Betriebsweise kann zwischen – mit einer Erhöhung der Kraftstoffausbeute einhergehenden –
Kreislaufführung des anfallenden Restgases (sog. „Full-conversion“) nach teilweiser Reformierung
oder der technisch weniger aufwändigen Nutzung der Restgase zur Prozessenergiebereitstellung
(sog. „Once-through“) unterschieden werden [106], [110], [166], [258].
Bei der stark exothermen Synthese (ΔHR von -165 kJ/mol) wird – bezogen auf den Energieinhalt
des eingesetzten Rohproduktes – bis etwa 15 % Wärme frei, die entsprechend (z. B. über
Dampferzeuger) abgeführt und auf einem zur Prozesswärmebereitstellung (z. B. zur Brennstofftrocknung)
geeigneten Temperaturniveau genutzt werden kann [6].
Kraftstoffaufbereitung
Das Spektrum der FT-Rohprodukte aus der Synthese muss nach einer Wasserabscheidung
und Trennung der einzelnen genannten Fraktionen in Rektifikationskolonnen respektive
Stripper in – teils danach weiter zu Kraftstoff zu verarbeitende Produkte – Naphtha, FT-
Diesel und Wachse aufbereitet werden.
Naphtha kann als Rohbenzin in der Petrochemie zum Einsatz kommen oder durch Isomerisierung
(d. h. Transformation langkettiger Kohlenwasserstoffe zu verzweigten) in gebrauchs-
8 Beispiele: South African Synthetic Oil Ltd. (Sasol) betreibt mehrere Anlagen in Südafrika, Nigeria und Quatar (Gesamtkapazität
2006: ca. 8,7 Mio. t/a). Shell verfügt über eine Anlage in Malaysia (ca. 0,6 Mio. t/a) und plant an mehreren Standorten weltweit
Anlagen mit einer Kapazität von ca. 3 Mio. t/a. [111]
9 Die Verteilung der unterschiedlichen Kettenlängen der Kohlenwasserstoffe korreliert mit der sog. Kettenwachstumswahrscheinlichkeit,
bei deren Zunahme der mittlere Polymerisationsgrad und die Verteilung zunehmend breiter wird; für langkettige organische
Produkte gleicher C-Zahl gilt dabei: Paraffine > Olefine > Sauerstoffverbindungen [166].
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