Praktische und theoretische Untersuchungen zur Fischer-Tropsch-Normaldrucksynthese

Abstract

Die Fischer-Tropsch-Synthese ist ein Verfahren, bei dem aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff sowohl Kraftstoffe als auch Ausgangsstoffe für die chemische Industrie hergestellt werden können. Im Hinblick auf sinkende Erdölproduktion in den nächsten Jahrzehnten und hinsichtlich der Kohlendioxid- Problematik bietet die Herstellung von Fischer-Tropsch-Diesel interessante Alternativen. Die Normaldrucksynthese eignet sich besonders, wenn sie einer atmosphärischen Biomassevergasung nachgeschaltet wird, da dadurch die Verdichterstufe eingespart werden kann.<br />Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Kobalt-Ruthenium-Katalysator in einem bestehenden Festbettreaktor im Labormaßstab getestet. Es wurden drei Versuchsserien durchgeführt. In der ersten Versuchsserie wurde zwischen 170 und 220 °C in 10 °C-Abständen der Temperatureinfluss bei einem konstanten Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid von 2,1:1 getestet. In der zweiten Versuchsserie wurde das Synthesegasverhältnis variiert. Es wurden die Synthesegasverhältnisse 2,4:1, 1,8:1, 1,6:1 und 1,4:1 bei konstanter Temperatur von 200 °C untersucht. Die Gase Methan, Kohlendioxid und Stickstoff wurden in der dritten Versuchsreihe in den Mengen 0,9, 1,8, 2,7 und 3,6 Nl/h dem Synthesegasstrom von 47,5 Nl/h beigemischt und ein möglicher Einfluss wurde gesucht. Alle Versuchsreihen wurden einmal mit 40g und einmal mit 80g Katalysator durchgeführt.<br />Ein eindeutiger Zusammenhang konnte zwischen Temperatur und Umsatz und somit zwischen Temperatur und Produktivität gefunden werden. Ebenso steigt die Methanproduktion sowohl mit der Temperatur als auch mit steigendem Synthesegasverhältnis an. Mit der Steigerung der Katalysatormenge konnte der Umsatz nicht im erwarteten Ausmaß gesteigert werden.<br />Die Produkte der Synthese bestehen hauptsächlich aus linearen n-Alkanen, die größte Fraktion des flüssigen organischen Produktes ist bei allen Versuchen Diesel mit durchschnittlich 60%. Die Zumischung von Spurengasen hat keinen Einfluss auf Umsatz oder Produktspektrum.<br />Der Einsatz eines Kobalt-Ruthenium-Katalysators ist für die Herstellung von Fischer-Tropsch-Diesel gut geeignet. Das größtete Problem ist der bei atmosphärischen Bedingungen geringe Umsatz, dies könnte durch Kreislaufführung des nicht umgesetzten Synthesegases gelöst werden.