Leuna, 26. Oktober 2011

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1 Innovative Braunkohlen Integration in Mitteldeutschland (ibi) VP 5: Niedertemperaturkonversion Leuna, 26. Oktober 2011 Prof. Dr.-Ing. Mathias Seitz, Hochschule Merseburg Seite: 1/13

2 Aufbau des Verbundprojekts,,Niedertemperaturkonversion Prozess- und dstoffwandlungskette tt Lagerstätten Gewinnung Extraktion Aufbereitung Niedertemperatur- konversion Vergasung Katalytische Spaltung Reaktivextraktion Katalysatorentwicklung Reaktionstechnische Untersuchungen Katalysatorregeneration Validierung Reaktivextraktion Verfahrensentwicklung Ziel: Direkte Gewinnung von Wertprodukten auf niedrigem Temperaturniveau (z.b. Olefine, Aromate, Wachse) Seite: 2/13

3 Reaktivextraktion: BTX-Aromaten BTX Aromaten Phenole Kohle Paraffinwachse (>C20) VP 5: Niedertemperaturkonversion ibi Fachsymposium Technologien zur stofflichen Kohlenutzung, Leuna Prof. Seitz Seite: 3/13

4 Reaktivextraktion: Ergebnisse im Lösungsmitteldampfstrom C10 C15 Leichtsieder C20 C20 Schwersieder C25 C30 Seite: 4/13

5 Katalytische Spaltung: Prinzip Erstkontaktierung und Reaktion Produkte der Katalytischen Spaltung Produkte der Pyrolyse (Teer) Erneuerung der Kontaktoberfläche Seite: 5/13

6 Katalytische Spaltung: Voruntersuchungen zur Validierung Reaktionszeit < 100s Versuchsbedingungen: -TG quasi-isotherm - keine Erneuerung der Kontaktoberfläche - Katalysator/ Kohleverhältnis 1:14 Seite: 6/13

7 Katalytische Spaltung: Voruntersuchungen zur Validierung Konzen ntration (Vol.-% %) C 600 C ohne Katalysator mit Katalysator ohne Katalysator mit Katalysator Bedingungen Pyrolyseapparatur mit Festbettreaktor (keine Erneuerung der Kontaktoberfläche) Katalysator H ZSM 5, MFI 240 Katalysator/Kohle 1 g/10 g direkte qualitative und quantitative Erfassung der Pyrolyseprodukte (GC TCD, - MS, - FID) C 3 H 6 C 2 H 4 C 2 H 6 C 3 H 8 Abb.: relative Zusammensetzung der gasförmigen Kohlenwasserstoffe, C 4 Summe aus n - Butan und i - Butan C 4 Einfluss des Katalysators auf die Ausbeute ungesättigter Kohlenwasserstoff Erhöhte Freisetzung an Propen Hinweis auf verstärkte Freisetzung ungesättigter Kohlenwasserstoffe Seite: 7/13

8 Katalytische Spaltung: Katalysatorentwicklung Versuchsbedingungen: -Drehrohr (Batch) - Erneuerung der Kontaktoberfläche - Katalysator/ Kohleverhältnis 1:20 Seite: 8/13

9 Katalytische Spaltung: Katalysatorentwicklung Versuchsbedingungen: V h b di -Drehrohr (Batch) - Relativbewegung - Katalysator/ y Kohleverhältnis 1:20 VP 5: Niedertemperaturkonversion ibi Fachsymposium Technologien zur stofflichen Kohlenutzung, Leuna Prof. Seitz Seite: 9/13

10 Katalytische Spaltung: Verfahrensprinzip zur Produktoptimierung Seite: 10/13

11 Katalytische Spaltung: Katalysatorregeneration Seite: 11/13

12 Zusammenfassung: 1.) Reaktivextraktion Gewinnung von Wertprodukten möglich (besonders Wachse, Aromate) nächste Schritte: reaktive Lösungsmittel Hochdruckversuche im Autoklaven 2.) Katalytische Spaltung Katalysatorkugeln im g-maßstab verfügbar Erneuerung Kontaktoberfläche Katalysator/Kohle ist wichtiger Parameter (sonst nur kompensierbar mit Katalysator/Kohleverhältnis 1:1) Reaktionszeit gering (< 100 s) Erhöhung der Produktausbeute im Vergleich zur reinen Pyrolyse (besonders Propen und Butene; ZSM-5 besonders geeignet) nächste Schritte: Untersuchung der Verkokungsmechanismen Synthese von Katalysatorkugeln t l im kg-maßstab Versuche in kontinuierlichen Reaktoren Seite: 12/13

13 Herzlichen Dank: Wolfgang Heschel, Sven Kureti, Bernd Meyer, Jörn Appelt, Stephan Bieling, Olaf Hasselbach, Thomas Kuchling, Hendrik Wollmerstädt Thomas Hahn, Jonas Knothe, Ludwig Riedel Ulf Henkel, Thomas Dörheit Wilhelm Schwieger, Julia Klinga Willy Frank, Thomas Nägler, Sascha Nowak, Timo Stam-Creutz, Jens Zimmermann Seite: 13/13

14 Seite: 14/13

15 Innovative Braunkohlen Integration in Mitteldeutschland (ibi) VP 5: Niedertemperaturkonversion Prof. Dr.-Ing. Mathias Seitz, Hochschule Merseburg Leuna, 26. Oktober 2011 Seite: 15/13

16 Katalytische Spaltung: Vorbereitung Validierung Pyrolysedrehrohrofen Erweiterung und Messstellen- Untersuchung des Feststofftransportes aufrüstung durch Modellversuche Ableitung von Gebrauchsgleichungen Optimierung der Apparatur zur separaten Probennahme zur Vorausberechnung Probennahme Gassammel- rohr der Partikelverweilzeit der Partikeltransportgeschwindigkeit der vom Feststoff benetzten Rohrwandfläche (Wärmeübergang) der Phasengrenzfläche Schüttung Gas Kühlfalle 2 Kühlfalle ll 1 Abb.: Schema des installierten Bypass am Pyrolysedrehrohrofen Rohrneigungswinkel ν Feststoff dyn. Schüttwinkel γ Seite: 16/13

17 SF1 hell ohne Kat. SF1 hell mit TZP2524 In ntensity C4 C5 C6 Benzol C7 Standard innerer Toluol Ethylbenzol m-,p-xylol Deze en Methylethylben nzol Retentionszeit [min] Seite: 17/13

18 org. Phase in mg/v Versuch SF1 hell ohne Kat. SF1 hell mit TZP2524 Aus sbeute in 20 0 C5-KW C6-KW n-hexan C7-KW Benzol Toluol Ethylbenzol Xylole MEB Seite: 18/13