ISBN 9783843917902

978-3-8439-1790-2, Reihe Verfahrenstechnik

Carsten Knobloch
Mikrostrukturierte Festbettreaktoren für die Fischer–Tropsch-Synthese

238 Seiten, Dissertation Technische Universität Clausthal (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Arbeit werden Ergebnisse zum Einsatz mikrostrukturierter Festbettreaktoren (µFBR) für die Tieftemperaturroute der Fischer-Tropsch-Synthese an cobaltbasierten Katalysatoren vorgestellt. Für die technische Durchführung der Reaktion wurde eine Versuchsanlage im Labormaßstab errichtet. Parallel dazu fand eine Katalysatorentwicklung statt, bei der Cobaltkatalysatoren unterschiedlicher Form und Partikelgröße hergestellt wurden. In Versuchskampagnen mit mehreren hundert Stunden Laufzeit wurden die Katalysatoren unter anderem hinsichtlich ihrer Aktivität, Produktselektivität und Produktivität betrachtet. Durch gezielte Messungen konnte der Druckverlust über den Katalysatorschüttschichten bei reaktiven und nichtreaktiven Betriebsbedingungen bestimmt werden. Für die Auswertung sämtlicher Versuchsdaten wurde ein heterogenes, eindimensionales Reaktormodell entwickelt. Mit diesem Modell wurden reaktionskinetische Daten ermittelt und der Flüssigkeitsanteil in der Katalysatorschüttschicht (Liquid Holdup) bestimmt. Interessante neue Erkenntnisse über die Verweilzeit der Flüssigkeit innerhalb des Reaktors sowie Zusammenhänge zwischen dem Liquid Holdup und anderen Parametern konnten erfasst werden.

Bis zur industriellen Reife des µFBR-Konzepts sind allerdings noch einige Herausforderungen zu bewältigen. Hier stellt insbesondere die Auslegung der Kanalgeometrie und der Partikelgröße sowie die Bestimmung einer idealen katalytischen Aktivität ein Optimierungsproblem hinsichtlich der Raum-Zeit-Ausbeute, des Druckverlustes, der Produktivität und der Produktqualität dar. Für die Bearbeitung dieser Problematik stellte sich das entwickelte Reaktormodell als hilfreiches Werkzeug heraus, denn durch unterschiedliche Scale-up-Betrachtungen wurden optimale Schlitzweiten, Partikelgrößen und Katalysatoraktivitäten für µFBR-Stacks ermittelt.