technologyComment of cyclohexane production (RER, RoW): Over 90 % of all cyclohexane is produced commercially by hydrogenation of benzene. A small amount is produced by superfractionation of the naphtha fraction from crude oil. Naturally occurring cyclohexane can be supplemented by fractionating methylcyclopentane from naphtha and isomerizing it to cyclohexane. Hydrogenation of benzene: Benzene can be hydrogenated catalytically to cyclohexane in either the liquid or the vapor phase in the presence of hydrogen. Several cyclohexane processes, which use nickel, platinum, or palladium as the catalyst, have been developed. Usually, the catalyst is supported, e.g., on alumina, but at least one commercial process utilizes Raney nickel. Hydrogenation proceeds readily and is highly exothermic (Δ H500K = – 216.37 kJ/mol). From an equilibrium standpoint, the reaction temperature should not exceed 300 °C. Above this, the equilibrium begins to shift in favor of benzene so that high-purity cyclohexane cannot be produced. As a result of these thermodynamic considerations, temperature control of the reaction is critical to obtaining essentially complete conversion of benzene to cyclohexane. Temperature control requires economic and efficient heat removal. This has been addressed in a number of ways by commercial processes. The earlier vapor-phase processes used multistage reactors with recycle of cyclohexane as a diluent to provide a heat sink, staged injection of benzene feed between reactors, and interstage steam generators to absorb the exothermic heat of hydrogenation. In the 1970s processes have been developed that use only one reactor or a combination of a liquid-and a vaporphase reactor. The objectives of the later processes were to reduce capital cost and improve energy utilization. However, all of the commercial processes have comparably low capital cost and good energy efficiency. In the vapor-phase process with multistage reactors in series, the benzene feed is divided and fed to each of the first two reactors. Recycled cyclohexane is introduced to the first reactor along with hydrogen. The recycled cyclohexane enables higher conversion in the reactors by absorbing part of the heat of hydrogenation. Steam generators between the reactors remove the heat of hydrogenation. The outlet temperature of the last reactor is controlled to achieve essentially 100 % conversion of benzene to cyclohexane. The effluent from the last reactor is cooled, and the vapor and liquid are separated. Part of the hydrogen-rich vapor is recycled to the first reactor, and the rest is purged to fuel gas or hydrogen recovery facilities. The liquid from the separator goes to a stabilizer where the overhead gas is sent to fuel gas; the remaining material is cyclohexane product, part of which is recycled to the first reactor. In the process with liquid- and vapor-phase reactors, benzene and hydrogen are fed to the liquid-phase reactor, which contains a slurry of finely divided Raney nickel. Temperature is maintained at 180 – 190 °C by pumping the slurry through a steam generator and by vaporization in the reactor. Roughly 95 % of the benzene is converted in this reactor. The vapor is fed to a fixed-bed reactor where the conversion of benzene is completed. The effluent from the fixed-bed reactor is processed as described previously for the vapor-phase process. Benzene hydrogenation is done typically at 20 – 30 MPa. The maximum reactor temperature is limited to ca. 300 °C so that a typical specification of < 500 mg/kg benzene and < 200 mg/kg methylcyclopentane in the product can be achieved. This is necessary because of the thermodynamic equilibrium between cyclohexane – benzene and cyclohexane – methylcyclopentane. Actually, equilibrium strongly favors methylcyclopentane, but the isomerization reaction is slow enough with the catalysts employed to avoid a problem if the temperature is controlled. The hydrogen content of the makeup hydrogen has no effect on product purity but it does determine the makeup, recycle, and purge gas rates. Streams with as low as 65 vol % hydrogen can be used. Carbon monoxide and sulfur compounds are catalyst deactivators. Both can be present in the hydrogen from catalytic naphtha reformers or ethylene units, which are typical sources of makeup hydrogen. Therefore, the hydrogen-containing stream is usually passed through a methanator to convert carbon monoxide to methane and water. Prior to methanation, hydrogen-containing gas can be scrubbed with caustic to remove sulfur compounds. Commercial benzene contains less than 1 mg/kg sulfur. In some cases, the recycle gas is also scrubbed with caustic to prevent buildup of hydrogen sulfide from the small amount of sulfur in the benzene. With properly treated hydrogen and specification benzene, a catalyst life in excess of three years can be achieved easily in fixed-bed reactors that use noble-metal catalysts supported on a base. The catalyst in the process that uses Raney nickel in suspension is reported to have a typical life of about six months before it must be replaced. Reference: Campbell, M. L. 2011. Cyclohexane. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry.
Das Projekt "Biomass fluidised bed gasification with in situ hot gas cleaning (AER-GAS II)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Objective: The project aim is a low-cost gasification process with integrated in-situ gas cleaning for the conversion of biomass into a product gas with high hydrogen concentration, high heating value and low tar/alkali/sulphur concentration in one process step for s ubsequent power production. The proposed process uses in-situ CO2 capture (AER, Absorption Enhanced Reforming). It is more efficient than conventional gasification due to (i) the in-situ integration of the reaction heat of CO2 absorption and water-gas shif t reaction heat (both exothermic) into the gasification and (ii) the internal reforming of primary and secondary tars, which cuts off the formation of higher tars. Thus, the chemical energy of tars remains in the product gas. The product gas after dust rem oval can directly be used in a gas engine for electricity generation. Due to the low operation temperature (up to 700 C) and due to CaO-containing bed materials, the proposed process allows the use of problematic feedstocks such as biomass with high minera l and high moisture content, e.g. straw, sewage sludge, etc., leading to an increased market potential for biomass gasification processes. Screening/development of absorbent materials with high attrition stability and tar cracking properties will be carrie d out. Analysis of tar formation/decomposition process will be studied in a lab-scale fixed bed reactor and a 100 kWth circulating fluidised bed reactor (continuous mode). With the acquired data, the 8 MWth biomass plant at Guessing, Austria, will be opera ted with absorbent bed material in order to prove the feasibility of a scale-up and to assess the economical aspects of the process. In order to point out the market potential, the cost reduction of the AER technology will be quantified in comparison with the conventional gasification power plant. Expected results will be: (i) a broad knowledge of the proposed process and (ii) a low-cost technology for biomass gasification with subsequent power production.
Das Projekt "Neue energiesparende Prozessablaeufe in der Industrie: Die direkte Umwandlung von Methan in Ethylen, Methanol und Formaldehyd" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Chemische Verfahrenstechnik durchgeführt. The development of direct (one-step) and energy efficient processes for the conversion of methane to ethylene and to methanol/formaldehyde has been a long-sought goal. Despite intensive research during the last twelve years the maximum ethylene and formaldehyde yields obtained in laboratory-scale reactors until 1994 was of the order of 20 percent and 5 percent respectively. This is due to the much higher reactivity with oxygen of the partial oxidation products (ethylene and methanol/formaldehyde respectively) than that of methane. In 1994 one of the participating research teams (University Patras) developed a novel laboratory scale gas-recycle reactor separator which gave ethylene yields up to 85 percent for the oxidative coupling of methane (OCM) (Science 264, 1583, 1994). In this novel reactor-seperator ethylene and ethane are trapped, and thus protected from further oxidation, in a molecular sieve trap in the recycle loop. They are then released by subsequent heating of the molecular sieve trap. The above very encouraging results were obtained in a small microreactor (catalyst mass 0.1 g, molecular sieve mass 2-3g) able to handle up to 3 ccSTP/min of CH4. The objectives of the research are: 1. To study the scale-up of the novel reactor separator for ethylene production by building benchscale units able to convert up to 1000 ccSTP/mm of CH4 each to ethylene. The units will employ a fixed-bed reactor with an optimized catalyst composition, and an optimally designed swing-bed molecular sieve trap. The target is to achieve ethylene yields above 65 percent with a recycle ratio less than eight. 2. To construct and test a similar catalytic reactor-separator for the production of methanol/formaldehyde from methane (up to 1000 ccSTP/min). The difference from case 1 is in the selection of the catalytic and adsorbent materials. The target for the methane to methanol/formaldehyde (MMF) process is a total product yield of 55 percent at a recycle ratio less than fifty. These new one-step processes are both exothermic and will have a very strong potential to replace the existing two- or three-step commercial routes for the production of ethylene and methanol which involve severely endothermic steps.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Umweltbundesamt durchgeführt. Kunststoffe sind langlebig, leicht und kostengünstig herzustellen. Diese Vorteile im Produktbereich können sich zum Nachteil entwickeln, wenn Kunststoffe oder Teile von Ihnen unkontrolliert oder massenhaft in die Umwelt gelangen. Besonders die große Langlebigkeit und Beständigkeit können zu einer unerwünschten Akkumulation in der Umwelt führen. Hier bilden sowohl Meere als auch Böden eine finale Senke. Ziel des Vorhabens ist es, Kunststoffe mit umweltoptimierten Abbauverhalten zu entwickeln, die bei gleicher Stabilität schneller und umweltverträglicher abgebaut werden können. Ferner sollen mit Blick auf die rezenten Quellen und Senken im terrestrischen Bereich innovative Methoden i) zur Quantifizierung und Charakterisierung der Umweltbelastung, ii) zum biologischen Abbau der relevanten Kunststoffe und iii) zur Analyse und Beeinflussung gesellschaftlicher Wahrnehmungs- und Verhaltensmuster entwickelt werden. Das Umweltbundesamt (UBA) beschäftigt sich in ENSURE insbesondere mit der Nachweisbarkeit von Kunststoffen in Modul 1 und der Abbaubarkeit und Umweltverträglichkeit von Kunststoffen in Modul 3. Im Rahmen der Nachweisbarkeitsuntersuchungen werden in AP 1.3 zunächst das Aufkommen und die Qualität von Kunststoffen in Gär-, Klär- und Kompostanlagen untersucht. Hierzu muss zunächst eine Probenentnahmestrategie entwickelt werden, mit der repräsentativ Proben gewonnen und die anlagenspezifischen Verhältnisse berücksichtigt werden können. Bezüglich der Abbaubarkeit und Umweltverträglichkeit können in AP 3 Freiland-Fließrinnen-Mesokosmen der Fließ- und Stillgewässer-Simulationsanlage des UBA im halbtechnischen Maßstab verschiedene Uferzonen (z.B. Stein, Kies, Sandufer) eingerichtet und ein naturähnlicher Wellenschlag simuliert werden. Außerdem wird in AP 3.2 auch außerhalb des semiterrestrischen Bereichs die Abbaubarkeit und Degradation von Kunststoffen unter definierten Laborbedingungen simuliert (im Festbettreaktor) und anschließend auf reale Bedingungen übertragen.
Das Projekt "Mechanismen der NOx-Entstehung und -Reduktion bei der Verbrennung von Kohle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bergbau-Forschung, Forschungsinstitut des Steinkohlenbergbauvereins durchgeführt. NOx entsteht bei der Kohleverbrennung zum grossen Teil aus dem Brennstoffstickstoff, der sich waehrend der im Feuerungsraum ablaufenden Pyrolyse auf den Restkoks und die Fluechtigen aufteilt. Ausschlaggebend fuer primaere Minderungsmassnahmen sind Reduktionsreaktionen in der Gasphase und am Restkoks. Zur Aufklaerung des komplexen Reaktionsgeschehens werden folgende Reaktionsgruppen getrennt untersucht: Fuer die Pyrolyse bei 300 - 1000 Grad C ein Sandwirbelbett und ein gasdurchstroemtes, elektrisch beheiztes Drahtnetz; fuer die Verbrennung des im Sandwirbelbett erzeugten Fluechtigenstromes ein elektrisch beheizter Rohrofen (geplant); fuer die NOx-Reduktion ein durchstroemter Festbettreaktor. Die Verteilung des Kohlestickstoffs bei der Pyrolyse wurde in Abhaengigkeit von Inkohlungsgrad, Temperatur, Maceralzusammensetzung und Korngroesse untersucht. die gasfoermigen Produkte wurden mit einem Gaschromatographen und nasschemisch analysiert, die kondensierbaren Produkte (Teere) durch Ionenaustauschchromatographie aufgetrennt und mittels nichtwaessriger potentiometrischer Titration charakterisiert. Dabei ergab sich folgendes: Stickstoff ist in Kohle und Teeren vorwiegend heterozyklisch in groesseren aromatischen Ringen gebunden. Teere gehen oberhalb etwa 600 Grad C Sekundaerreaktionen ein, durch die aber die Basizitaet der Stickstoffverbindungen nicht beeinflusst wird. An stickstoffhaltigen Gasen entstehen bei der Pyrolyse vorwiegend HCN und als dessen Folgeprodukt NH3. Gegenueber der Kohle enthaelt der Restkoks bei kurzer Verweilzeit leicht erhoehte Stickstoffkonzentrationen; im Gas werden unabhaengig vom Inkohlungsgrad etwa 6 - 7 v.H. des Gesamtstickstoffs.
Das Projekt "Teilprojekt Schoop" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ingenieurbüro Dr.-Ing. Schoop GmbH durchgeführt. Biokatalyse2021 - ProTool: Entwicklung neuer Tools und verfahrenstechnischer Konzepte zur mikrobiellen Biotransformation unter extremen Bedingungen: modulare Multi-Bioreaktoren (Fa. medorex, Fa. Schoop, Pörtner); Entwicklung spezieller Festbettreaktoren, integriert in Multi-Bioreaktoren (Fa. medorex, Pörtner); modellgestützte Prozessführung von Fermentationsprozessen (Fa. Schoop, FA. ZytoVision, BIS Bremerhaven, Hass, Fa. medorex, Pörtner); Echtzeit- und Trainingssimulatoren (Hass, Fa. Schoop, Fa. ZytoVision, Pörtner). Laufzeit 36 Monate gemäß Balken- und Meilensteinplan medorex - Modulare Multi-Bioreaktoren mit der von Schoop erstellten Regelungs- und Automatisierungstechnik, Schoop 'Regelungs- und Automatisierungstechnik sowie Echtzeit-Simulatoren / Trainingssimulatoren. ZytoVision - 'Pilotanwender' und Ausbau des Wettbewerbsvorsprung bei der Entwicklung und Produktion neuer rekombinanter Produkte sowie Erweiterung der Produktionskapazitäten, AG Pörtner (TUHH) - Dienstleistungen zur Entwicklung von Bioreaktoren sowie zur Bioprozessentwicklung, AG Hass (HS Bremen) Bioprozessentwicklungen und - zusammen mit Schoop - Trainingssimulatoren, Schulungen. BIS - Koordination Verwertung
Das Projekt "Teilprojekt HS Bremen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Bremen, Institut für Umwelt- und Biotechnik durchgeführt. Biokatalyse2021 - ProTool: Entwicklung neuer Tools und verfahrenstechnischer Konzepte zur mikrobiellen Biotransformation unter extremen Bedingungen: modulare Multi-Bioreaktoren (Fa. medorex, Fa. Schoop, Pörtner); Entwicklung spezieller Festbettreaktoren, integriert in Multi-Bioreaktoren (Fa. medorex, Pörtner); modellgestützte Prozessführung von Fermentationsprozessen (Fa. Schoop, FA. ZytoVision, BIS Bremerhaven, Hass, Fa. medorex, Pörtner); Echtzeit- und Trainingssimulatoren (Hass, Fa. Schoop, Fa. ZytoVision, Pörtner). Laufzeit 36 Monate gemäß Balken- und Meilensteinplan medorex - Modulare Multi-Bioreaktoren mit der von Schoop erstellten Regelungs- und Automatisierungstechnik, Schoop - Regelungs- und Automatisierungstechnik sowie Echtzeit-Simulatoren / Trainingssimulatoren. ZytoVision - 'Pilotanwender' und Ausbau des Wettbewerbsvorsprung bei der Entwicklung und Produktion neuer rekombinanter Produkte sowie Erweiterung der Produktionskapazitäten, AG Pörtner (TUHH) - Dienstleistungen zur Entwicklung von Bioreaktoren sowie zur Bioprozessentwicklung, AG Hass (HS Bremen) Bioprozessentwicklungen und - zusammen mit Schoop - Trainingssimulatoren, Schulungen. BIS - Koordination Verwertung
Das Projekt "Teilprojekt TUHH" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Bioprozess- und Biosystemtechnik durchgeführt. Biokatalyse2021 - Protool: Entwicklung neuer Tools und verfahrenstechnischer Konzepte zur mikrobiellen Biotransformation unter extremen Bedingungen: modulare Multi-Bioreaktoren (Fa. medorex, Fa. Schoop, Pörtner); Entwicklung spezieller Festbettreaktoren, integriert in Multi-Bioreaktoren (Fa. medorex, Pörtner); modellgestützte Prozessführung von Fermentationsprozessen (Fa. Schoop, FA. ZytoVision, BIS Bremerhaven, Hass, Fa. medorex, Pörtner); Echtzeit- und Trainingssimulatoren (Hass, Fa. Schoop, Fa. ZytoVision, Pörtner). Laufzeit 36 Monate gemäß Balken- und Meilensteinplan medorex - Modulare Multi-Bioreaktoren mit der von Schoop erstellten Regelungs- und Automatisierungstechnik, Schoop Regelungs- und Automatisierungstechnik sowie Echtzeit-Simulatoren / Trainingssimulatoren. ZytoVision - 'Pilotanwender' und Ausbau des Wettbewerbsvorsprung bei der Entwicklung und Produktion neuer rekombinanter Produkte sowie Erweiterung der Produktionskapazitäten, AG Pörtner (TUHH) - Dienstleistungen zur Entwicklung von Bioreaktoren sowie zur Bioprozessentwicklung, AG Hass (HS Bremen) Bioprozessentwicklungen und - zusammen mit Schoop - Trainingssimulatoren, Schulungen. BIS - Koordination Verwertung
Das Projekt "Teilprojekt 10" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Technischen Umweltschutz, Fachgebiet Umweltverfahrenstechnik durchgeführt. Entwicklung eines Prozesses zur Entfernung von Spurenstoffen mit eisenoxidierenden und -reduzierenden Bakterien für kommunale Kläranlagen. Der Prozess soll kostengünstig, einfach integrierbar und sowohl in situ als auch nachgeschaltet anwendbar sein. Dabei sollen keine kritischen Transformationsprodukte gebildet und bereits vorhandene eliminiert werden. Auf Grundlage bereits vorhandener Ergebnisse und Bakterienstämme der UMB werden die Wachstumskinetiken und Abbaubedingungen der Eisenbakterien ermittelt und optimiert; anschließend werden ausgewählte Bakterienarten in Festbettreaktoren kultiviert und an reale Betriebsbedingungen adaptiert. Parallel wird die Konzentration der Eisenbakterien zunächst in Technikumskläranlagen (Festbettreaktor, Belebtschlammverfahren) mit Modellabwasser durch Einstellung der Betriebsparameter (z.B. erhöhte Fe2+-Dosierung, O2 Eintrag) so erhöht, dass ein Abbau der im Projekt priorisierten Spurenstoffe stattfindet. In der zweiten Projekthälfte wird die Festbett-Technikumsanlage in Darmstadt parallel zu den dort installierten Technologien betrieben (Vergleich, chemisch-analytische und ökotoxikologische Bewertungen). Das Verhalten unter großtechnischen Bedingungen wird mit einer Festbett-Pilotanlage (V ca. 2 m3, SPA) mit dem Ablauf der KA Ulm sowie in einer ca. 10.000 EW Kläranlage im Donauried (in situ) über 9 Monate untersucht und optimiert. Die mikrobiologische Begleitung sichert die Einbindung der neusten Laborergebnisse.
Das Projekt "Untersuchungen zum Zusammenhang zwischen NO-Reduktion an Restkoks und NO-Emission bei der Kohleverbrennung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bergbau-Forschung, Forschungsinstitut des Steinkohlenbergbauvereins durchgeführt. Das bei der Kohleverbrennung entstehende NO wird im Verbrennungsraum z. T. zu molekularem Stickstoff reduziert. Es soll die Kinetik der heterogenen NO-Reduktion an der Oberflaeche von Restkoksen und ihre Abhaengigkeit von der Temperatur, der NO-Konzentration u. der Korngroesse zu untersuchen. Aus den Ergebnissen sollte ein Reaktionsmodell abgeleitet werden, das die Reaktionsgeschwindigkeit in weiten Temperatur- u. Konzentrationsbereichen unter Stofftransporthemmung beschreibt. Die Versuche wurden im Roehrenofen in gasdurchspuelter Schuettung unter isothermen Bedingungen bei Temperaturen zwischen 400 u. 850 Grad Celsius an einem Pyrolysekoks aus Gasflammkohle durchgefuehrt. Aus der Abhaengigkeit der gemessenen Reaktionsgeschwindigkeiten der NO-Reduktion von der Korngroesse wurden Thiele-Modul u. effektiver Diffusionskoeffizient der Porendiffusion ermittelt. Die Temperaturabhaengigkeit zeigt einen Wechsel im Reaktionsmechanismus bei etwa 600 Grad Celsius an. Die Reaktionsordnung der Globalreaktion liegt im Mittel bei 0,6. Setzt man als Teilreaktionen erstens die NO-Reduktion an Kohlenstoff unter Bildung eines Oxidkomplexes auf der Oberflaeche und zweitens die thermische Abspaltung dieses Oxidkomplexes an, so kann man fuer die Rekationsgeschwindigkeit einen Langmuir-Hinshelwood-Ausdruck formulieren u. die beiden Geschwindigkeitskonstanten getrennt ermitteln. Die Auswertungen zeigen, dass bei Temperaturen ueber 600 Grad Celsius ein anderer Oxidkomplex abgespalten wird als unter 600 Grad Celsius. Mit den gewonnenen Daten wurde die NO-Reduktion an Restkoks unter versch. Bedingungen mit Beruecksichtigung der Stofftransporthemmung berechnet. In Wirbelschicht..