Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF SE durchgeführt. 1 .Vorhabensziel: Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines einstufigen, heterogen katalysierten Verfahrens zur Synthese von Dimethylether (DME) aus Kohlenmonoxid-reichen und gegebenenfalls CO2-haltigen Synthesegasen. Das Verfahren soll stofflich und energetisch in die vorgelagerte Synthesegasstufe integriert sein. Für diese Stufe wird für die Verfahrens-Simulation das Verfahren der trockenen Reformierung von Methan mit CO2 angenommen. Die für die Aktivierung des CO2's erforderlichen großen Wasserstoffmengen müssen somit nicht aus einer externen Quelle bezogen werden, sondern sind mit der Feed-Komponente Methan bereits im Prozess vorhanden. Gegenüber den Verfahren gemäß Stand der Technik mit der Zwischenstufe Methanol ergibt sich durch den thermodynamisch bedingt niedrigeren Prozessenergie-Bedarf des neuen Verfahrens bereits bei konventioneller Synthesegaserzeugung ein etwa 30 Prozentiges CO2- Reduktionspotential (125 kg CO2 pro Tonne DME). Dieses Potential erhöht sich bei Einsatz der Trockenreformierung für die Erzeugung von Synthesegas und die damit verbundene stoffliche Nutzung von CO2 als Ausgangsstoff unter Berücksichtigung spezifischer Energie- und Heizwerte sowie der bei der Trockenreformierung nicht nötigen energieintensiven Bereitstellung reinen Sauerstoffs nochmals um etwa 125 kg CO2 pro Tonne DME. Insgesamt kann beim hier vorgestellten Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik eine 60 Prozentige Reduktion der spezifischen CO2-Emissionen erwartet werden. Auf Grund seines physikalischen Eigenschaftsprofils ist Dimethylether als Energieträger geeignet (Flüssiggas-Ersatz und ggf. Diesel-Treibstoff). Damit eröffnet sich ein Mengenpotential, das im Vergleich zum Stand der Technik zu einer signifikanten Senkung der anthropogenen CO2-Emissionen führen kann. Das Verfahren lässt sich auch mit einer Biomasse-basierten Synthesegaserzeugung koppeln. Es ist sowohl ein durch Vergasung gewonnenes CO/H2 Gemisch als auch anstelle der Biomasse-Vergasung die unmittelbare Veredelungsmöglichkeit von Biogas (CO2/CH4) denkbar, bei der beide C-Quellen des Biogases stofflich genutzt werden. Die sonst erforderliche aufwendige Abtrennung des CO2-Anteils aus dem Biogas würde entfallen, wenn es als Stoffstrom in die Trockenreformierungsstufe eingespeist wird. Diese Aspekte sollen im Rahmen des Gesamtprojektes in einem eigenen Arbeitspaket beleuchtet werden. Daneben soll im Rahmen von Grundlagen-Untersuchungen auch erforscht werden, ob ein CO2/H2-Gemisch ohne vorherige Konvertierung zu Synthesegas direkt als Rohstoff für die DME Synthese eingesetzt werden kann.
Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von hte GmbH the high throughput experimentation company durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines einstufigen, heterogen katalysierten Verfahrens zur Synthese von Dimethylether (DME) aus Kohlenmonoxid-reichen und gegebenenfalls CO2-haltigen Synthesegasen. Das Verfahren soll stofflich und energetisch in die vorgelagerte Synthesegasstufe integriert sein. Für diese Stufe wird für die Verfahrens-Simulation das Verfahren der trockenen Reformierung von Methan mit CO2 angenommen. Diese Form der stofflichen CO2 Verwertung besitzt den Vorteil, dass die für die Aktivierung des CO2s erforderlichen großen Wasserstoffmengen nicht aus einer externen Quelle bezogen werden müssen, sondern mit der Feed-Komponente Methan bereits im Prozess vorhanden sind. Im Erfolgsfall besitzt das einstufige DME-Verfahren das Potential, im Vergleich zum Stand der Technik eine signifikante Senkung der anthropogenen CO2-Emissionen zu erzielen. Das mengenmäßige Potential ist darin begründet, dass Dimethylether neben chemischen Verwendungen auch als Flüssiggas-Ersatz und ggf. Diesel-Treibstoff geeignet ist. Gegenüber den Verfahren gemäß Stand der Technik mit der Zwischenstufe Methanol: Reformierung - Synthesegas (CO/ 2 H2) - Methanol - DME. ergibt sich bereits bei noch konventioneller Synthesegaserzeugung zum Beispiel durch Partialoxidation von Methan und CO2-Recycle ein etwa 30 Prozentiges CO2-Reduktionspotential (125 kg CO2 pro Tonne DME) durch den thermodynamisch bedingt niedrigeren Prozessenergie-Bedarf des neuen Verfahrens. Dieses Potential erhöht sich bei Einsatz der Trockenreformierung für die Erzeugung von Synthesegas und die damit verbundene stoffliche Nutzung von CO2 als Ausgangsstoff unter Berücksichtigung der Reaktionsstöchiometrien, spezifischer Energie- und Heizwerte sowie der bei der Trockenreformierung nicht nötigen energieintensiven Bereitstellung reinen Sauerstoffs nochmals um etwa 125 kg CO2 pro Tonne DME. Insgesamt kann beim hier vorgestellten Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik eine 60 Prozentige Reduktion der spezifischen CO2-Emissionen erwartet werden. Das Verfahren lässt sich auch mit einer Biomasse-basierten Synthesegaserzeugung koppeln. Es ist sowohl ein durch Vergasung gewonnenes CO/H2 Gemisch als auch anstelle der Biomasse-Vergasung die unmittelbare Veredelungsmöglichkeit von Biogas (CO2/CH4) denkbar, bei der beide C-Quellen des Biogases stofflich genutzt werden. Die sonst erforderliche aufwendige Abtrennung des CO2-Anteils aus dem Biogas würde entfallen, wenn es als Stoffstrom in die Trockenreformierungsstufe eingespeist wird. Diese Aspekte sollen im Rahmen des Gesamtprojektes in einem eigenen Arbeitspaket beleuchtet werden. Daneben soll im Rahmen von Grundlagen-Untersuchungen auch erforscht werden, ob ein CO2/H2-Gemisch ohne vorherige Konvertierung zu Synthesegas direkt als Rohstoff für die DME Synthese eingesetzt werden kann.
Das Projekt "Teilprojekt 6" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Linde Höllriegelskreuth, Geschäftsbereich Linde Engineering, Abteilung EC durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines einstufigen, heterogen katalysierten Verfahrens zur Synthese von Dimethylether (DME) aus Kohlenmonoxid-reichen und gegebenenfalls CO2-haltigen Synthesegasen. Das Verfahren soll stofflich und energetisch in die vorgelagerte Synthesegasstufe integriert sein. Für diese Stufe wird für die Verfahrens-Simulation das Verfahren der trockenen Reformierung von Methan mit CO2 angenommen, die für die Aktivierung des CO2's erforderlichen großen Wasserstoffmengen müssen somit nicht aus einer externen Quelle bezogen werden, sondern sind mit der Feed-Komponente Methan bereits im Prozess vorhanden. Gegenüber den Verfahren gemäß Stand der Technik mit der Zwischenstufe Methanol ergibt sich durch den thermodynamisch bedingt niedrigeren Prozessenergie-Bedarf des neuen Verfahrens bereits bei konventioneller Synthesegaserzeugung ein etwa 30 Prozentiges CO2-Reduktiorispotential (125 kg CO2 pro Tonne DME). Dieses Potential erhöht sich bei Einsatz der Trockenreformierung für die Erzeugung van Synthesegas und die damit verbundene stoffliche Nutzung von CO2 als Ausgangsstoff unter Berücksichtigung spezifischer Energie- und Heizwerte sowie der bei der Trockenreformierung nicht nötigen energieintensiven Bereitstellung reinen Sauerstoffs nochmals um etwa 125 kg CO2 pro Tonne DME. Insgesamt kann beim hier vorgestellten Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik eine 60 Prozentige Reduktion der spezifischen CO2-Emissionen erwartet werden. Auf Grund seines physikalischen Eigenschaftsprofils ist Dimethylether als Energieträger geeignet (Flüssiggas-Ersatz und ggf. Diesel-Treibstoff). Damit eröffnet sich ein Mengenpotential, das im Vergleich zum Stand der Technik zu einer signifikanten Senkung der anthropogenen CO2 Emissionen führen kann. Das Verfahren lässt sich auch mit einer Biomasse-basierten Synthesegaserzeugung koppeln. Es ist sowohl ein durch Vergasung gewonnenes CO/H2 Gemisch als auch anstelle der Biomasse-Vergasung die unmittelbare Veredelungsmöglichkeit von Biogas (CO2/CH4) denkbar, bei der beide C-Quellen des Biogases stofflich genutzt werden. Die sonst erforderliche aufwendige Abtrennung des CO2-Anteils aus dem Biogas würde entfallen, wenn es als Stoffstrom in die Trockenreformierungsstufe eingespeist wird. Diese Aspekte sollen im Rahmen des Gesamtprojektes in einem eigenen Arbeitspaket beleuchtet werden. Daneben soll im Rahmen von Grundlagen-Untersuchungen auch erforscht werden, ob ein CO2/H2 Gemisch ohne vorherige Konvertierung zu Synthesegas direkt als Rohstoff für die DME Synthese eingesetzt werden kann.
Das Projekt "Teilvorhaben: Hochskalierung des neuen Katalysatorsystems und Übertragung in die Produktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF SE durchgeführt. Sollen kohlenmonoxidreiche Synthesegase industriell hergestellt werden, sind mangels geeigneter Katalysatoren nur Reforming-Prozesse verfügbar, die unterhalb von 10 bar betrieben werden können. Oberhalb dieses Betriebsdruckes kommt es zur Rußbildung, so dass ein stabiler Betrieb nicht möglich ist. Diese niedrige Druckstufe erfordert für den nachgeschalteten Prozess eine energieintensive Nachverdichtung. Alternative Verfahren benötigen eine ebenso energieintensive Rein-Sauerstoffversorgung und sind im erzielbaren Kohlenmonoxidgehalt limitiert. Ziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung eines Katalysators und Verfahrenskonzeptes, die es ermöglichen, die Synthesegas-Produktion auf einem hohem Druckniveau (20-40 bar) ohne Rußbildung und ohne zusätzliche Nachverdichtung durchzuführen. Durch die neuartige Katalysatorzusammensetzung und Prozessführung wird darüber hinaus der Dampfbedarf reduziert, welches den Energiebedarf reduziert. Durch die Verwendung von Kohlendioxid im Einsatzgas wird dieses mit dem neuen Verfahren energieeffizient stofflich verwertet. Ziel der Arbeiten ist die technische Bereitstellung und der Nachweis der Tauglichkeit des neuartigen Katalysators und Verfahrens mit Hilfe von Pilotversuchen. BASF entwickelt für die Herstellung des neuen Katalysatorsystems eine im industriellen Maßstab anwendbare Produktionsmethode. Die bei den Upscale-Tests produzierten Proben testet hte in Laborversuchen auf die Performance und optimiert die Anfahrprozedur. Linde führt Versuche im Labor- und Pilotmaßstab durch, um die Performance des Upscale Katalysators zu validieren und Daten für die Prozessauslegung zu gewinnen. Die Dechema führt Untersuchungen zur Auswahl des Reaktormaterials für das kohlenmonoxidreiche Synthesegas durch (erhöhte Anforderungen). Das KIT modelliert und simuliert das Rußbildungsverhalten des Gases während der Gasvorbehandlung und im Reformingreaktor, diese Daten werden für die Auslegung des Prozesses benötigt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Umbau und Betrieb Pilotanlage und Prozessauslegung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Linde GmbH durchgeführt. Sollen kohlenmonoxidreiche Synthesegase industriell hergestellt werden, sind mangels geeigneter Katalysatoren nur Reforming-Prozesse verfügbar, die unterhalb von 10 bar betrieben werden können. Oberhalb dieses Betriebsdruckes kommt es zur Rußbildung, so dass ein stabiler Betrieb nicht möglich ist. Diese niedrige Druckstufe erfordert für den nachgeschalteten Prozess eine energieintensive Nachverdichtung. Alternative Verfahren benötigen eine ebenso energieintensive Rein-Sauerstoffversorgung und sind im erzielbaren Kohlenmonoxidgehalt limitiert. Ziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung eines Katalysators und Verfahrenskonzeptes, die es ermöglichen, die Synthesegas-Produktion auf einem hohem Druckniveau (20-40 bar) ohne Rußbildung und ohne zusätzliche Nachverdichtung durchzuführen. Durch die neuartige Katalysatorzusammensetzung und Prozessführung wird darüber hinaus der Dampfbedarf reduziert, welches den Energiebedarf reduziert. Durch die Verwendung von Kohlendioxid im Einsatzgas wird dieses mit dem neuen Verfahren energieeffizient stofflich verwertet. Ziel der Arbeiten ist die technische Bereitstellung und der Nachweis der Tauglichkeit des neuartigen Katalysators und Verfahrens mit Hilfe von Pilotversuchen. BASF entwickelt für die Herstellung des neuen Katalysatorsystems eine im industriellen Maßstab anwendbare Produktionsmethode. Die bei den upscale-Tests produzierten Proben testet hte in Laborversuchen auf die Performance und optimiert die Anfahrprozedur. Linde führt Versuche im Labor- und Pilotmaßstab durch, um die Performance des upscale Katalysators zu validieren und Daten für die Prozessauslegung zu gewinnen. Die Dechema führt Untersuchungen zur Auswahl des Reaktormaterials für das kohlenmonoxidreiche Synthesegas durch (erhöhte Anforderungen). Das KIT modelliert und simuliert das Rußbildungsverhalten des Gases während der Gasvorbehandlung und im Reformingreaktor, diese Daten werden für die Auslegung des Prozesses benötigt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Modellentwicklung/-anpassung und Simulation des Verkokungsprozesses" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Technische Chemie und Polymerchemie durchgeführt. Sollen kohlenmonoxidreiche Synthesegase industriell hergestellt werden, sind mangels geeigneter Katalysatoren nur Reforming-Prozesse verfügbar, die unterhalb von 10 bar betrieben werden können. Oberhalb dieses Betriebsdruckes kommt es zur Rußbildung, so dass ein stabiler Betrieb nicht möglich ist. Diese niedrige Druckstufe erfordert für den nachgeschalteten Prozess eine energieintensive Nachverdichtung. Alternative Verfahren benötigen eine ebenso energieintensive Rein-Sauerstoffversorgung und sind im erzielbaren Kohlenmonoxidgehalt limitiert. Ziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung eines Katalysators und Verfahrenskonzeptes, die es ermöglichen, die Synthesegas-Produktion auf einem hohem Druckniveau (20-40 bar) ohne Rußbildung und ohne zusätzliche Nachverdichtung durchzuführen. Durch die neuartige Katalysatorzusammensetzung und Prozessführung wird darüber hinaus der Dampfbedarf reduziert, welches den Energiebedarf reduziert. Durch die Verwendung von Kohlendioxid im Einsatzgas wird dieses mit dem neuen Verfahren energieeffizient stofflich verwertet. Ziel der Arbeiten ist die technische Bereitstellung und der Nachweis der Tauglichkeit des neuartigen Katalysators und Verfahrens mit Hilfe von Pilotversuchen. BASF entwickelt für die Herstellung des neuen Katalysatorsystems eine im industriellen Maßstab anwendbare Produktionsmethode. Die bei den upscale-Tests produzierten Proben testet hte in Laborversuchen auf die Performance und optimiert die Anfahrprozedur. Linde führt Versuche im Labor- und Pilotmaßstab durch, um die Performance des upscale Katalysators zu validieren und Daten für die Prozessauslegung zu gewinnen. Die Dechema führt Untersuchungen zur Auswahl des Reaktormaterials für das kohlenmonoxidreiche Synthesegas durch (erhöhte Anforderungen). Das KIT modelliert und simuliert das Rußbildungsverhalten des Gases während der Gasvorbehandlung und im Reformingreaktor, diese Daten werden für die Auslegung des Prozesses benötigt.
Das Projekt "Teilprojekt: Verkokungsmechanismus" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Technische Chemie und Polymerchemie durchgeführt. Ziel des Verbundprojektes ist es, innovative Konzepte für die energieeffiziente Verwertung von Kohlendioxid (CO2) zur Gewinnung von kohlenmonoxidreichem (CO) Synthesegas zu erarbeiten. Dieses Synthesegas stellt eines der wichtigen Basismaterialen in der chemischen Industrie dar. Neu ist dabei die systematische Entwicklung von Katalysatorsystemen, welche für die Trockenreformierung unter hohem Druck (20-40 bar), hohen Temperaturen und ohne den Zusatz von Wasser geeignet sind. Zunächst werden auf dem molekularen Geschehen basierende Reaktionsmechanismen für die katalytische Umsetzung von Methan mit CO2 in Anwesenheit von Wasserdampf über Platin- und Nickel-basierten Katalysatoren entwickelt und evaluiert. Als Basis dienen bereits vorhandene Reaktionsmechanismen und die Ergebnisse der von der TU München und der U Leipzig durchgeführten experimentellen Untersuchungen. Im zweiten Schritt wird ein detaillierter Mechanismus für die Beschreibung des Verkokungsverhaltens auf dem bis dahin als besten herausgefundenen Katalysator entwickelt werden. Die entwickelten Reaktionsmechanismen werden miteinander gekoppelt, in das Computerprogramm DETCHEM zur Simulation katalytischer Reaktoren integriert und unter stationären/instationären Bedingungen evaluiert. Abschließend werden kritische Bedingungen für den Reaktorbetrieb durch numerische Simulation bestimmt und das Reaktorverhalten hinsichtlich Ausbeute und Langzeitaktivität durch Variation der sensiblen Parameter optimiert.
Das Projekt "Teilprojekt: Katalysatorsynthese" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Technische Chemie durchgeführt. Für die Trockenreformierung sollen verbesserte Katalysatoren präpariert, charakterisiert und getestet werden. Ausgehend von zwei Referenzfällen, nämlich Pt/ZrO2 und Ni/a-Al2O3, werden gezielt und systematisch Verbesserungen sowohl an den Aktivphasen als auch an den Trägern angestrebt. Neben einer umfassenden Charakterisierung der präparierten Materialien durch physikalisch-chemische Methoden ist eine orientierende Testung der katalytischen Aktivität und Stabilität gegen Verkokung vorgesehen. Zur Herstellung neuer Katalysatoren werden verbesserte Synthesemethoden, z. B. Sol-Gel-Verfahren, Katalysatorvorläufer, z. B. Perovskite und Mischoxide, sowie Trägermaterialien unterschiedlicher Zusammensetzung und Porosität erarbeitet. Die Suche nach mehrkomponentigen Aktivphasen und Trägermaterialien wird in Kooperation mit der Fa. hte durch Hochdurchsatzmethoden ergänzt und begleitet. Die Charakterisierung der Materialien erfolgt durch Elementaranalyse, N2-Adsorption, XRD, TGA-MS, TPR/TPO, durch XPS, IR (DRIFTS) und Mikroskopie (SEM, HR-TEM und STEM) gekoppelt mit EDX. Die hergestellten Materialien werden als Katalysatoren in der Umsetzung von Methan mit CO2 in einer Strömungsapparatur bei Umgebungsdruck und Temperaturen bis ca. 1000 Grad Celsius getestet. Die Stabilität der Katalysatoren gegen Verkokung werden in einer Magnetschwebewaage (geeignet für Temperaturen bis 1000 Grad Celsius bei Umgebungsdruck) durchgeführt. Nach der Verkokung wird die Oberfläche der Katalysatoren mittels XPS charakterisiert.
Das Projekt "Teilprojekt: Katalysatorentwicklung und Kinetik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Technische Chemie, Lehrstuhl II für Technische Chemie durchgeführt. Das Ziel der Arbeiten an der TUM sind die Grundlagen für die Entwicklung von Katalysatoren zum Reformieren von Methan mit CO2 zu liefern. Aus der Kenntnis der Vorgänge der Kohlenstoffablagerung auf dem Benchmark-Katalysator (Pt/ZrO2) als Funktion der Reaktionsparameter und dessen Oberflächenchemie soll ein neuer Basis-Katalysator unter Berücksichtigung der industriellen Randbedingungen entwickelt werden. Die Randbedingungen bestimmen, dass ein möglicher Katalysator auf der Basis von Basismetallen wie Nickel mit eventuell kleinen Zusätzen von Edelmetall zu bestehen hat. Dieser Basiskatalysator soll in kombinatorischen Ansätzen verfeinert werden. Die Oberflächenchemie und die geschwindigkeitsbestimmenden Schritte vielversprechender Katalysatoren werden charakterisiert, um eine direkte Aufskalierung der Katalysatoren in den technischen Maßstab zu ermöglichen. Im ersten Abschnitt der Arbeiten soll die Reaktionsanlage zur Durchführung der kinetischen Experimente aufgebaut sowie die Basiskatalysatoren hergestellt, charakterisiert und kinetisch untersucht werden. Im zweiten Abschnitt sollen die Elementarschritte der Reaktionen mit Hilfe von Puls- und Drucksprungexperimenten sowie durch Isotopenmarkierung untersucht werden. Aus diesen Erkenntnissen soll eine zweite Generation von Katalysatoren hergestellt, detailliert charakterisiert und kinetisch untersucht werden. Im dritten Teil der Arbeiten sollen die Katalysatoren aufskaliert werden und die physikalisch-chemischen und katalytische Eigenschaften des entwickelten Katalysators untersucht werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Metalldusting" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Ziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung eines Katalysators und Verfahrenskonzeptes, die es ermöglichen, die Synthesegas-Produktion auf einem hohem Druckniveau (20-40 bar) ohne Rußbildung und ohne zusätzliche Nachverdichtung durchzuführen. Bei diesem neuen Verfahren ist die Gefahr für Korrosionsschäden durch Metal Dusting stark erhöht, weshalb eine auf diese extremen Bedingungen optimierte Materialauswahl unerlässlich ist. Das Verhalten etablierter Hochtemperaturwerkstoffe muss unter den extremen Bedingungen getestet werden, um später eine sichere und lange Anlagenlebensdauer gewährleisten zu können. Am DECHEMA-Forschungsinstitut wird ein Prüfstand aufgebaut, mit dessen Hilfe prozessnahe Bedingungen (stark aufkohlende Atmosphären, bis 17 bar Druck, 620°C) erzeugt werden. Die für den späteren Einsatz in Frage kommenden Materialien werden hinsichtlich ihrer Resistenz gegen diese Bedingungen in Versuchen bis jeweils 3000 h getestet. Zusätzlich muss die Widerstandsfähigkeit gegen Metal Dusting auch im Hinblick auf Haftung sowie Neubildung von Oxidschichten unter den genannten Prozessbedingungen durch thermozyklische Auslagerungen bis 1000 h untersucht werden. Die Beständigkeit der Materialien wird mittels metallographischer Analyse (Lichtmikroskop, Mikrosonde, Röntgendiffraktometer) charakterisiert und an Hand der Ergebnisse eine für die spätere Anwendung optimierte Materialauswahl getroffen.
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