Experimentelle Untersuchungen im Labor- und Technikumsmaßstab zur Fischer-Tropsch-Synthese bei atmosphärischem Druck

Abstract

Fischer-Tropsch-Diesel stellt einen sehr umweltfreundlichen und qualitativ hochwertigen Kraftstoff dar. Dieser besitzt einerseits einen sehr geringen Anteil an aromatischen Komponenten und enthält andererseits weder Schwefel noch Stickstoff.<br />Die Cetanzahl von 75 liegt deutlich über der Cetanzahl von herkömmlichen, aus fossilen Rohstoffen gewonnenen, Dieselkraftstoffen.<br />Weiters entstehen bei der Verbrennung geringere Mengen an Feinstaub und NOx-Verbindungen.<br />In dieser Arbeit wird die technische Machbarkeit der Fischer-Tropsch-Synthese bei atmosphärischem Betriebsdruck geprüft und die Selektivität des Produktspektrums in Richtung Kohlenwasserstoffe mit einer Kettenlänge im Bereich von Diesel gelenkt.<br />Weiters wird untersucht, ob der Betrieb der Versuchsanlage mit Synthesegas entsprechend der Synthesegaszusammensetzung einer atmosphärischen Biomassevergasung möglich ist, um in Folge Kompressionskosten durch die Kombination einer Biomasse-Vergasung bei atmosphärischem Druck und einer bei atmosphärischem Druck betriebenen Fischer-Tropsch-Anlage zu vermeiden. Im Zuge der Durchführung von Grundlagenuntersuchungen in einer Laborapparatur an den Katalysatormaterialen Eisen und Kobalt, erweist sich Kobalt als besser geeignet für die Produktion langkettiger n-Alkane, welche den Hauptbestandteil des Dieselkraftstoffes darstellen.<br />Durch die Variation von Temperatur, Katalysatormenge und Verweilzeit des Synthesegases am Katalysator werden die optimalen Betriebsparameter bestimmt, um die Ausbeute an linearen Alkanen zu erhöhen. Für die Untersuchung bezüglich des Einsatzes von Synthesegas aus der Biomassevergasung werden unterschiedliche H2/CO-Verhältnisse eingesetzt und zusätzlich Methan, Kohlendioxid und Stickstoff in definierten Volumenströmen zudosiert, um die Auswirkungen auf den Katalysator zu eruieren.<br />Nach der erfolgreichen Durchführung der Versuche bei atmosphärischem Druck mit dem Kobaltkatalysator in der Laborapparatur wird ein Fischer-Tropsch-Festbettreaktor im Maßstab einer Technikumsanlage (2 Nl Synthesegas/h) geplant und erfolgreich mit dem Eisenkatalysator in Betrieb genommen.<br />

The properties high cetane number (75), non existing amounts of sulphur and nitrogen, few aromatic compounds constitute Fischer-Tropsch-diesel an environmental friendly fuel of high quality.<br />In this work the feasibility of the Fischer-Tropsch synthesis at atmospheric pressure is proved and the selectivity is influenced to produce hydrocarbons with the chain length of diesel.<br />Furthermore, the possibility to use the synthesis gas of a real biomass gasifier is investigated. The combination of a biomass gasification at atmospheric pressure and a Fischer-Tropsch reactor at atmospheric pressure saves the costs of compression in comparison to a pressurised FT-reactor.<br />Preliminary experiments in the laboratory test plant with catalyst materials such as cobalt and iron proved that cobalt is more suitable to produce long chain, linear alkanes, being the main part of diesel fuels.<br />The optimal operation parameters to increase the amount of linear alkanes have been investigated through the variation of temperature, catalyst amount and residence time of the synthesis gas.<br />Different ratios of H2/CO und the varying amounts of methane, carbon dioxide and nitrogen have been used to study the application of a synthesis gas composition of a biomass gasification.<br />After successful operation of the laboratory scale test plant at atmospheric pressure with the cobalt catalyst, a scale up of the Fischer-Tropsch fixed bed reactor was planned and implemented using the iron catalyst.<br />Further experiments will take place with the cobalt catalyst und with synthesis gas of the biomass gasifier at Güssing (Austria).