Das Projekt "Online-Optimierung eines Absorptions- und Desorptionsprozesses für die Koksofengasreinigung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Prozess- und Anlagentechnik durchgeführt. In der Prozessindustrie sind die Anforderungen an die Verfahren wie preiswertes Design und umweltschonenden Betrieb vielseitig, und teilweise auch gegenläufig. Hierdurch steigt der Bedarf an flexibleren Produktionsanlagen, um den steigenden Anforderungen bezüglich der schnell wechselnden Marktanforderungen und der Umweltverträglichkeit gerecht zu werden. Ressourcenschonung und Reduzierung der Umweltbelastung sind Ziele, die die gängigen Verfahren aufgrund der sich ändernden Umweltauflagen (Reinheit der Gasemission) an die Grenzen der Wirtschaftlichkeit bringen. Die Reaktivabsorption und die anschließende Desorption stellt durch die Kombination von Stofftrennung und chemischer Reaktion in Mehrkomponentensystemen ein sehr komplexes Verfahren mit einem hohen Optimierungspotential dar. Dies gilt insbesondere für die im Rahmen des Forschungsprojektes zu untersuchende Ammoniak-Schwefelwasserstoff-Kreislaufwäsche zur Reinigung von Kokereiabgasen. Bei diesem industriell relevanten und hier exemplarisch ausgewählten Prozess basiert der konventionelle Betrieb integrierter Kolonnensysteme auf der vorherigen Auslegung für einen konstanten Betriebspunkt. In der Realität ändern sich jedoch die Randbedingungen, so dass die Prozesse am vorgegebenen Betriebspunkt nicht optimal betrieben werden können. Hier liegt die besondere wissenschaftliche Herausforderung bezüglich der Online-Optimierung, die Umweltrestriktionen sowie alle Produktanforderungen unter den gegebenen Anlagenbegrenzungen und den sich ändernden Echtzeit-Randbedingungen zur Minimierung der Betriebskosten gleichzeitig einzuhalten. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird eine Methodik zur Online Optimierung entwickelt und an einer realen Anlage (AS-Kreislaufwäsche) im Pilotmaßstab erprobt und bewertet. Als Ergebnis ist ein effizientes robustes Online-Optimierungssystem zur Ermittlung optimaler Prozessführungsstrategien für dynamische nichtlineare große Systeme unter Echtzeit-Randbedingungen zu erwarten. Die zu entwickelnde Methodik der Online-Optimierung ist allgemeingültig und soll für die Optimierung anderer Prozesse übertragbar sein.
Das Projekt "Carbon2Chem- L5: Carbon2Polymers - Herstellung von Wertstoffen für die Kunststoffindustrie auf Basis von CO und CO2 aus Kuppelgasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Covestro Deutschland AG durchgeführt. Die bei der Herstellung von Stahl sowie der Bereitstellung der notwendigen Rohstoffe in einem Stahlwerk anfallenden sogenannten 'Kuppelgase' sind reich an Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) und stellen daher potenziell eine alternative Rohstoff-Quelle für die Herstellung chemischer Wertprodukte dar. Neben der Umwandlung zu chemischen Bulkchemikalien wie Methanol, Harnstoff oder Ammoniak stellt auch die Verwendung von CO und CO2 als Rohstoffe für die Kunststoffindustrie eine ökologisch wie ökonomisch interessante Variante dar. Im Rahmen des Vorhabens L5- Carbon2Polymers, das sich als ein Teil in die Gesamtstrategie von Carbon2Chem einbettet, sollen neue (Teil)verfahren zur Herstellung von Polycarbonaten und Polyurethanen erforscht und entwickelt werden. Carbon2Polymers untergliedert sich in die 3 Teile A, B und C. In Teilprojekt A wird die Nutzung von CO aus Kuppelgasen zur Herstellung von Carbonaten untersucht, unter der speziellen Randbedingung, inwieweit ein fluktuierendes Stromangebot integriert werden kann. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Erforschung und Weiterentwicklung der katalytischen Prozessschritte gelegt. Aufgabe im Teilprojekt B ist die Erforschung und Entwicklung der Nutzung von CO2 aus Kuppelgasen zur Herstellung von Polyurethanen. Auch in diesem Projektteil spielt die Entwicklung geeigneter Katalysatoren eine herausragende Rolle. Im Teilprojekt C werden Daten bezüglich der Spezifikation der Kokerei-, Hütten- und Konvertergase auf eine Eignung als Rohstoff in A und B evaluiert und Daten zur Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses, zur Nachhaltigkeit und zur Gesamteffizienz erhoben und ausgewertet.
Das Projekt "Carbon2Chem- L5: Carbon2Polymers - Herstellung von Wertstoffen für die Kunststoffindustrie auf Basis von CO und CO2 aus Kuppelgasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Kohlenforschung durchgeführt. Die bei der Herstellung von Stahl sowie der Bereitstellung der notwendigen Rohstoffe in einem Stahlwerk anfallenden sogenannten 'Kuppelgase' sind reich an Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) und stellen daher potentiell eine alternative Kohlenstoff-Quelle für die Herstellung chemischer Wertprodukte dar. Neben der Umwandlung zu chemischen Bulkchemikalien wie Methanol, Harnstoff oder Ammoniak stellt auch die Verwendung von CO und CO2 als Rohstoffe für die Kunststoffindustrie eine ökologisch wie ökonomisch interessante Variante da. Im Rahmen des Vorhabens L5- Carbon2Polymers, das sich als ein Teil in die Gesamtstrategie von Carbon2Chem einbettet, sollen neue (Teil)verfahren zur Herstellung von Polycarbonaten und dem Polyurethanbestandteil Toluoldiisocyanat erforscht und entwickelt werden. Ein zentraler Punkt des Vorhabens ist Teilprojekt A mit der Herstellung von Carbonaten unter der speziellen Randbedingung einer veränderten Rohstoffbasis und fluktuierendem Stromangebot. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Erforschung und Weiterentwicklung der beiden katalytischen Prozessschritte gelegt: der Phosgenbildung und der lösungsmittelfreien Direktphosgenierung. Der Partner MPI stellt darüber hinaus auch neue, definierte Kohlenstoffstrukturen her. Im Rahmen dieses Arbeitspaktes soll durch Versuche im Labormaßstab ein geeigneter Katalysator zur Phosgenbildung identifiziert werden. Dabei werden die kommerziell erhältlichen Materialien vergleichend zu den zu definierten Strukturen gemessen. Anhand der Messdaten sollen die Modelle der katalytischen Umsetzung entwickelt und validiert werden. Hierbei soll sowohl die Nebenprodukt-Bildung des aus der Patentliteratur bekannten Tetrachlorkohlenstoffs betrachtet werden als auch die Wechselwirkung des Katalysators mit aus Kuppelgasen bekannten Nebenkomponenten und Verunreinigungen wie H2, H2S, CO2, O2.
Das Projekt "Gasreinigung von Koksofen-, Hochofen- und Konvertergasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Linde GmbH durchgeführt. In Hüttenwerken entsteht im Hochofen, Konverter und der Kokerei ein kontinuierlicher Gasstrom, welcher große Mengen Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthält. Dies sind typische Bestandteile von Synthesegas. Bisher wird dieses Gas energetisch verwertet und erzeugt so Strom und Wärme im integrierten Hüttenwerk. Neben den gewünschten Bestandteilen des Synthesegases besteht der Gasstrom noch aus weiteren Elementen wie Schwefelverbindungen, aromatischen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen, Halogeniden, Stickstoffverbindungen, und verschiedenen Metallen. Diese Stoffe sind im Produkt unerwünscht und darüber hinaus potentielle Gifte für Katalysatoren, die für die Synthese von Chemikalien benötig werden. Die Reinigung des Gases über adsorptive sowie katalytische Reinigungsschritte, Druckwechseladsorption (DWA) und die optimale Verschaltung dieser Prozesse sind die Forschungsschwerpunkte des Teilprojektes L3. Aufbau einer Druckwechsel-Adsorptionsanlage (DWA) - Erprobung der vorausgewählten Adsorbentien bei Einsatz von Realgas - Experimentelle Bestimmung des Adsorptionsverhaltens speziell ausgewählter Adsorbentien aus Teilprojekt L0 (bisher ist davon auszugehen, dass Schwefelverbindungen, aromatischen und nicht-aromatische Kohlenwasserstoffe, Halogenide und Stickstoffverbindungen betrachtet werden). In Abhängigkeit der Ergebnisse des Forschungsvorhabens HüGaProp (Analyse von Hüttengasen) und den Ergebnissen aus Teilprojekt L0 können sich die zu untersuchenden Komponenten noch ändern. - Erforschung und Erprobung eines optimierten Druckwechseladsorptionsverfahrens, das in vorgeschaltete (Stromnetz - Elektrolyse) und nachgeschaltete (Methanol, Fine Chemicals) Prozesse eingebunden ist. - Koordination der Tätigkeiten in L3 mit den Forschungsarbeiten, insbesondere in L0, L1, L2 und L6.
Das Projekt "Carbon2Chem-L2 - ProMeOH - Methanolsynthese aus Hüttengasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Clariant Produkte (Deutschland) GmbH durchgeführt. Trotz des großen Potenzials von Hüttengasen als Synthesegasquelle existiert bislang keine industrielle Anwendung zur Methanolherstellung. Im Gegensatz zu konventionellen Synthesegasen liegt Hüttengas bei Atmosphärendruck vor und sowohl der Volumenstrom als auch die Zusammensetzung unterliegen einer zeitlichen Änderung. Ferner ist davon auszugehen, dass Hüttengase einen höheren Anteil an CO2 gegenüber konventionellen Synthesegasen aufweisen. Es muss daher untersucht werden, ob kommerzielle Katalysatoren unter diesen Prozessbedingungen eingesetzt werden können. Ergänzend müssen neue Katalysatoren entwickelt und getestet werden. Des Weiteren werden verschiedene Prozessvarianten zur Methanolsynthese technologisch, ökonomisch und ökologisch evaluiert. Ziel ist es, ein Gesamtoptimum für die gesamte Verfahrenskette zu identifizieren, wobei das Methanol aus Hüttengas einen deutlich geringeren Carbon-Footprint haben soll, als das Methanol aus fossilen Rohstoffen. Bezüglich der Anforderungen an die zu entwickelnde Katalysator / Prozesstechnologie sind im Wesentlichen zwei Fälle zu unterscheiden. Für den Basisfall, welcher den bereits vorhandenen Gehalt an Wasserstoff im Teilgasstrom des Kokereigases nutzt, soll durch Zusammenführung mit geeigneten Volumenströmen von CO/CO2 reichem Converter bzw. Hochofengas, ein geeignetes Synthesegas für die Methanolsynthese zur Verfügung gestellt werden. Eine ausreichende Gasreinheit ist für eine akzeptable Standzeit der Synthesekatalysatoren eine zwingende Voraussetzung. Bei zusätzlicher Verfügbarkeit von regenerativem Wasserstoff kann, unter weitergehender Erhöhung des Potentials zur Emissionsminderung, der CO2 Gehalt im Synthesegas weiter gesteigert werden. Clariant wird hierfür Katalysatoren auf Basis CuZnOAlOx aus dem bestehenden portfolio zur Verfügung stellen. Abhängig von den erzielten Ergebnissen können neue vielversprechende Katalysator-Leitstrukturen von CLA und den Partnern aufskaliert werden.
Das Projekt "Carbon2Chem-L2 - ProMeOH - Methanolsynthese aus Hüttengasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ThyssenKrupp AG, Corporate Function Technology - Innovation & Sustainability durchgeführt. Trotz des großen Potenzials von Hüttengasen als Synthesegasquelle existiert bislang keine industrielle Anwendung zur Methanolherstellung. Im Gegensatz zu konventionellen Synthesegasen liegt Hüttengas bei Atmosphärendruck vor und sowohl der Volumenstrom als auch die Zusammensetzung unterliegen einer zeitlichen Änderung. Ferner ist davon auszugehen, dass Hüttengase einen höheren Anteil an CO2 gegenüber konventionellen Synthesegasen aufweisen. Es muss daher untersucht werden, ob kommerzielle Katalysatoren unter diesen Prozessbedingungen eingesetzt werden können. Ergänzend müssen neue Katalysatoren entwickelt und getestet werden. Des Weiteren werden verschiedene Prozessvarianten zur Methanolsynthese technologisch, ökonomisch und ökologisch evaluiert. Ziel ist es, ein Gesamtoptimum für die gesamte Verfahrenskette zu identifizieren, wobei das Methanol aus Hüttengas einen deutlich geringeren Carbon-Footprint haben soll, als das Methanol aus fossilen Rohstoffen. Abhängig davon, mit welcher Reinheit die Hüttengase in dem Teilprojekt L3 aufbereitet werden können, werden in dem vorliegenden Teilprojekt seitens der tkIS geeignete Verfahrenskonzepte zur Methanolherstellung entwickelt. Diese Konzepte werden mit Hilfe einer Simulationssoftware abgebildet und technologisch, ökonomisch und ökologisch evaluiert. Basierend auf den Ergebnissen werden die Grenzen identifiziert, die bei dem Einsatz von gewöhnlichen Katalysatoren zur hüttengasbasierten Methanolherstellung zu beachten sind. Außerdem werden mit diesen Ergebnissen die Projektpartner unterstützt, die sich mit der Entwicklung neuer Katalysatoren befassen.
Das Projekt "Carbon2Chem-L2 - ProMeOH - Methanolsynthese aus Hüttengasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Akzo Nobel Industrial Chemicals GmbH, Werk Frankfurt durchgeführt. Trotz des großen Potenzials von Hüttengasen als Synthesegasquelle existiert bislang keine industrielle Anwendung zur Methanolherstellung. Im Gegensatz zu konventionellen Synthesegasen liegt Hüttengas bei Atmosphärendruck vor und sowohl der Volumenstrom als auch die Zusammensetzung unterliegen einer zeitlichen Änderung. Ferner ist davon auszugehen, dass Hüttengase einen höheren Anteil an CO2 gegenüber konventionellen Synthesegasen aufweisen. Es muss daher untersucht werden, ob kommerzielle Katalysatoren unter diesen Prozessbedingungen eingesetzt werden können. Ergänzend müssen neue Katalysatoren entwickelt und getestet werden. Des Weiteren werden verschiedene Prozessvarianten zur Methanolsynthese technologisch, ökonomisch und ökologisch evaluiert. Ziel ist es, ein Gesamtoptimum für die gesamte Verfahrenskette zu identifizieren, wobei das Methanol aus Hüttengas einen deutlich geringeren Carbon-Footprint haben soll als das Methanol aus fossilen Rohstoffen. Die Rolle von AkzoNobel ist die Projektkoordination (einschließlich Informationsaustausch und Dokumentation, Berichtswesen, Organisation von Besprechungen, Verbindung zum Projekt L0). Die Leitung dieses Teilprojekts beinhaltet neben der internen Koordination der teilnehmenden Partner auch besonders die Kommunikation und Absprache mit dem vorhabenssteuernden Teilprojekt L0. Kernthemen dieses Arbeitspakets: - Berichterstattung an die Geber öffentlicher Zuwendungsgebe - Berichterstattung Die Produktionsanlage, die von diesem Projekt profitiert, gehört zum Geschäftsbereich Industrial Chemicals von AkzoNobel. Innerhalb dieser Geschäftseinheit gibt es eine Forschungsabteilung (RD & I) mit Sitz in Amsterdam, die mittel- und langfristige Innovationsprojekte aktiv initiiert und bearbeitet, die für alle Produkte und Fertigungsanlagen des Konzerns relevant sind. Deshalb hat dieses Projekt, auch wenn es zum Teil von Amsterdam bearbeitet wird, den größten Einfluss in der Betriebsstätte in Frankfurt.
Das Projekt "Carbon2Chem-L2 - ProMeOH - Methanolsynthese aus Hüttengasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Chemie, Lehrstuhl für Technische Chemie durchgeführt. Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung eines katalytischen Gesamtprozesses zur Nutzung von zu Synthesegas aufbereitetem Kuppelgas aus einem Stahlwerk zur anschließenden, direkten Umsetzung zu Methanol. Am LTC werden Katalysatoren für die Methanolsynthese untersucht. Hierzu erfolgen zunächst in Absprache mit den anderen Projektpartnern Variationen der im Synthesegas enthaltenen Hauptkomponenten, um so den möglichen Parameterraum einzugrenzen. Darüber hinaus erfolgen hier vor allem gezielte Untersuchungen zum Einfluss von den in den in den Hüttengasen vorhandenen Spurenstoffen auf den Katalysator, um mögliche Katalysatorgifte zu identifizieren. Die kinetischen Experimente werden dabei durch eine umfangreiche Charakterisierung der frischen sowie der getesteten Katalysatoren begleitet mit dem Ziel, die zugrundeliegenden Schädigungsmechanismen aufzuklären und darauf basierend Strategien für eine Regeneration der Katalysatoren zu entwickeln. Neben den Untersuchungen am LTC erfolgen zudem ggf. in Absprache mit den anderen Projektpartnern Langzeituntersuchungen mit realen Hüttengasen im geplanten Technikum oder Planck-Labor.
Das Projekt "Die stoffliche Inwertsetzung von Hüttengasen setzt eine ausreichende Vorreinigung voraus um die in der Synthese eingesetzten Katalysatoren vor schädlichen Verunreinigungen zu schützen. Hierfür ist eine optimale Verschaltung adsorptiver sowie katalytischer Reinigungsschritte zu entwickeln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Clariant Produkte (Deutschland) GmbH durchgeführt. Zur Erreichung des übergeordnetes Projektziels von C2C, der stofflichen Inwertsetzung von Hüttengasen, ist der Einsatz von Reinigungskatalysatoren unerlässlich, damit die nachfolgenden Synthesereaktionen unter technisch und wirtschaftlich sinnvollen Bedingungen ablaufen können. Bei der katalytischen Gasreinigung werden störende Gasbestandteile chemisch in nicht unerwünschte bzw. in Folgeschritten leicht entfernbare Komponenten umgewandelt. Clariant wird für die erforderlichen Entwicklungsarbeiten sowohl adsorptive als auch katalytische Materialien, sowie die im Unternehmen vorhandene Expertise zu deren Verwendung einbringen. Entsprechendes KnowHow ist beispielsweise aus der Methanolsynthese basierend auf Synthesegas aus dem Steam-Reforming von Erdgas oder der Vergasung von Kohle, bzw. auf der vorgeschalteten Konditionierung von Synthesegas aus der Kohlevergasung verfügbar. Als besondere Herausforderung im Teilprojekt L3 ist das in seiner Breite noch nicht näher definierte Spektrum an Verunreinigungen in den unterschiedlichen Gasströmen der Hütte zu betrachten, welches sich in seiner Zusammensetzung zudem zeitlich variabel gestaltet. Hierfür einen sowohl technisch als auch wirtschaftlich robusten Prozess zu entwickeln und zu etablieren ist mit einem hohen technischen und wirtschaftlichen Risiko behaftet. Eine geeignete Verschaltung von adsorptiven und katalytischen Reinigungsschritten ist im Technikum von Thyssen Krupp zu demonstrieren. Bis zu dessen Fertigstellung (und darüber hinaus), sind in Diskussion und Zusammenarbeit der in L3 beteiligten Partner, unter den verschiedenen denkbaren Optionen, die geeignetsten Prozessketten zu identifizieren und in geeigneten Versuchsanlagen vorab zu evaluieren. Clariant wird zu Projektbeginn Vorschläge zu geeigneten Prozessketten einbringen und geeignete Materialien und Vorgaben zu deren Anwendung zur Verfügung stellen. Auf Basis der Ergebnisse soll eine zielgerichtete Demonstration und erste Aufskalierung im Technikum erfolgen.
Das Projekt "'Gasreinigung' - Teilvorhaben thyssenkrupp: Sorptive und katalytische Hüttengasaufbereitung zur Bereitstellung eines schadstofffreien Synthesegases für die Herstellung von Basischemikalien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ThyssenKrupp AG, Corporate Function Technology - Innovation & Sustainability durchgeführt. In Hüttenwerken entsteht im Hochofen, Konverter und der Kokerei ein kontinuierlicher Gasstrom, welcher große Mengen Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthält. Bisher wird dieses Gas verbrannt und erzeugt so Strom und Wärme im sog. integrierten Hüttenwerk. Im Gegensatz hierzu wird im Projekt erforscht, wie man dieses Gas aufbereiten und als Synthesegas für die chemische Synthese von Basischemikalien nutzen kann. Neben den gewünschten vorhandenen Bestandteilen eines Synthesegases besteht der Gasstrom noch aus weiteren Elementen wie Schwefelverbindungen, aromatischen und nicht aromatischen Kohlenwasserstoffen, Halogeniden, Stickstoffverbindungen und verschiedenen Metallen, welche im Produkt unerwünscht sind und darüber hinaus potentielle Gifte für Katalysatoren der Synthese von Basischemikalien darstellen. Bevor das Hüttengas chemisch genutzt werden kann, müssen die Katalysatorgifte daher entfernt werden. Mit Beginn des Teilprojekts starten sowohl die Arbeiten zur Verfahrensentwicklung der sorptiven und katalytischen Teilprozesse als auch die Arbeiten zur simulationstechnischen Systemabbildung. Mit Fertigstellung des Technikumsgebäudes und der Inbetriebnahme der Apparate zur Gasaufbereitung in Technikumsgröße, wird der Betrieb dieser Anlage durch tk bereitgestellt. Dies beinhaltet das Austesten unterschiedlicher Betriebsweisen mit anschließender Analyse der Gesamt-Prozess-Performance und der Auswirkungen auf das Alterungsverhalten verwendeter Katalysatoren. Zusammenfassend behandelt tk folgende Kernaufgaben: 1. Verfahrensentwicklung und -optimierung der Gasreinigung; 2. Betrieb der Gasaufbereitungsanlage, in der die Eignung verschiedener Trennverfahren untersucht wird; 3. Wissenschaftliche Betreuung der akademischen Partner bei der Durchführung von Experimenten; 4. Modellbasierte Systembetrachtungen zur Identifizierung eines technoökonomischen Optimums.
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