Engler-Bunte-Institut Chemische Energieträger – Brennstofftechnologie EBI ceb

Untersuchung von Einflüssen zeolithbasierter Edelmetallkatalysatoren auf die Selektivität beim Hydroprocessing von Schwerbenzin

  • Hintergrund und Motivation

    Der von fossilen Kraftstoffen getriebene Individual- und Lastverkehr trägt durch den Ausstoß von CO2 wesentlich zum Klimawandel bei. Mit der bioliq®-Anlage verfügt das KIT über ein technisches Verfahren zur Produktion sogenannter reFuel-Kraftstoffe aus Reststroh oder anderer biostämmiger organischer „Abfälle“ im großen Maßstab (ca. 50 l/h). Hierfür wird ein innovativer mehrstufiger Methanol to Gasoline (MtG) Prozess eingesetzt. Um die produzierten synthetischen Kraftstoffe in realistischen Szenarien zu erproben, wurde das Projekt „reFuels – Kraftstoffe neu denken“ ins Leben gerufen. Teil des Projekts ist die Erforschung des Einflusses der synthetischen Kraftstoffe auf bestehende Motoren sowie auf die Funktion einzelner Teile bis hin zum gesamten Fahrzeug. Weiter soll untersucht werden wie für derartige Kraftstoffe eine breite Akzeptanz in der Bevölkerung geschaffen werden kann. Ein entscheidender Unterschied des bioliq®-Benzins gegenüber konventionellen Kraftstoffen liegt in dem hohen Aromatengehalt (>70 %). Neben klaren Vorteilen wie einer hohen Klopffestigkeit bringen diese Aromaten auch Nachteile mit sich. Zu nennen sind vor allem erhöhte Emissionen (>C9-Aromaten) bei der motorischen Verbrennung und hohe Kristallisationstemperaturen bei schweren und sym­metrischen Aromaten wie 1,2,4,5-Tetramethylbenzol (Durol). Um diesen Nachteilen entgegen­zuwirken und eine volle Ausnutzung des Einsatzstoffes zu ermöglichen, wird die anfallende Schwerfraktion in einem nachfolgenden Aufarbeitungsschritt (hydroprocessing) entsprechend der Norm (DIN EN 228) modifiziert.

    Aufgabenstellung

    Das Ziel der Arbeit liegt in der Ermittlung und Bewertung von Einflussfaktoren wie z. B. der Säurestärke oder der aktiven Metalloberfläche von zeolithgeträgerten Edelmetallkatalysatoren auf die Selektivität beim Hydroprocessing einer Schwerbenzinfraktion. Im Rahmen der Aufgabenstellung soll zunächst eine Literaturrecherche zu Katalysatoren für das Hydroprocessing aromatenreicher Stoffströme durchgeführt werden. Der Schwerpunkt liegt auf edelmetallgeträgerten Zeolithen und den damit erzielbaren Produktselektivitäten. Von besonderem Interesse sind die Reaktionen Hydrieren, Ringschrumpfen und selektives Ringöffnen hin zu Produkten hoher Oktanzahl. Im zweiten Teil der Arbeit sollen Materialeigenschaften von Katalysatoren mit dem entstehenden Produktspektrum in Verbindung gebracht werden. Hierfür werden fünf edelmetallbasierte Katalysatoren zur Verfügung gestellt welche nach bekannten Methoden (Chemiesorption, Physisorption, XRD, REM, TEM…) untersucht werden. Mit einem Katalysator gilt es zudem ergänzende Experimente mit einer Modellmischung in einem Batchreaktor durchzuführen.

    Bei der Ausführung der Arbeit sind die „Grundzüge wissenschaftlichen Arbeitens“ des EBI ceb zu beachten. Die Ergebnisse sind geeignet darzustellen und ausführlich zu dokumentieren. Die Arbeit ist im Rahmen eines Vortrags im „Brennstofftechnischen Seminar“ des Engler-Bunte-Instituts, EBI ceb vorzustellen