Rafael Becka, M.Sc.
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Engler-Bunte-Institut, EBI ceb
Chemische Energieträger – BrennstofftechnologieEngler-Bunte-Ring 1
76131 Karlsruhe
Methanolsynthese in Dreiphasenreaktoren
Im Rahmen der Energiewende und der Umsetzung der damit verbundenen Klimaziele (60 % Anteil erneuerbare Energien am Gesamtenergieumsatz im Jahr 2050) ist die Einbindung erneuerbarer Ressourcen wie Biomasse, Abfallstoffe und regenerativ erzeugtem Strom in den Verkehrs- und Chemiesektor unausweichlich. Methanol kann als wichtige Basischemikalie und flüssigem Energieträger einen großen Teil zur Sektor-Kopplung beitragen. Einerseits kann das Zwischenprodukt Methanol zu Chemikalien wie Formaldehyd oder Essigsäure weiterverarbeitet werden. Andererseits kann Methanol entweder direkt, oder indirekt nach der Synthese zu Ethern (DME/OME/MTBE) oder Ottokraftstoffen mittels Methanol-to-Gasoline (MtG–) Prozess, als Treibstoff bzw. Treibstoffzusatz genutzt werden.
Bei der Methanolsynthese wird aus Wasserstoff (H2), der Beispielsweise mittels Elektrolyse von Wasser mit regenerativen Strom erzeugt wird, und Kohlenstoffträger (CO/CO2), der aus der Luft, Abgasströmen oder Vergasung gewonnen wird, bei erhöhtem Druck (50 - 80 bar) und erhöhter Temperatur (240 °C - 280 °C) katalytisch Methanol (CH3OH) produziert.
Da diese Reaktionen exotherm (unter Wärmefreisetzung) verlaufen, ist die Abfuhr der Reaktionswärme für hohe Gleichgewichtsumsätze von entscheidender Bedeutung. Dazu wird im Dreiphasen-Reaktor ein Wärmeträgerfluid eingesetzt, in Dem der feste Katalysator durch das durchströmende Gas suspendiert wird (siehe Abbildung). Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Wärmeträgerfluides kann so ein nahezu isothermer Betrieb realisiert werden. In Verbindung mit der hohen Wärmekapazität können zudem temperaturspitzen im dynamischen Betrieb, der bei Einsatz von Edukten aus erneuerbaren (fluktuierenden) Quellen von Bedeutung ist, vermieden werden.
Forschungsschwerpunkte:
- Experimentelle Untersuchung der Reaktionskinetik der Methanolsynthese im Dreiphasen-Autoklav-reaktor
- Untersuchung der Wechselwirkungen Edukte/Produkte-Wärmeträgerfluid-Katalysator
- Modellbasierte Beschreibung des Dreiphasen-Systems zur Reaktorauslegung
Typ | Titel | Bearbeitung |
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BA | Auslegung und Konstruktion eines Abscheiders zur Rückgewinnung von Wärmeträgerfluiden | Lukas Springmann |
MA | Einfluss der Wärmeträgerflüssigkeit auf die Katalysatorstabilität und -aktivität bei der Methanolsynthese in Dreiphasen-Reaktoren | Marcel Pelikan |
MA | Experimente und Modellierung zur Kinetik der Dreiphasen-Methanolsynthese | Yannick Gahler |
MA | Experimentelle Bestimmung des Einflusses der Flüssigphase bei der Dreiphasen-Methanolsynthese | Timo Stemler |
Typ | Titel | Datum |
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Masterarbeit | Inbetriebnahme und Validierung eines neuartigen Profilreaktors zur Methanolsynthese | 20.06.2022 |
Masterarbeit | Bestimmung der Reaktionskinetik der CO2-basierten Dreiphasen-Methanolsynthese | 20.06.2022 |