Carbon2Chem®-Labor

Gase reinigen sowie Methanol und höhere Alkohole katalytisch herstellen

Carbon2Chem®-Labor in Oberhausen
© Fraunhofer UMSICHT
Carbon2Chem®-Labor in Oberhausen.

Das Carbon2Chem®-Labor auf dem Campus des Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen umfasst 500 m2 Fläche. Hier wird geforscht und validiert in den Bereichen der katalytischen Herstellung von Methanol und höheren Alkoholen aus Hüttengasen sowie der Gasreinigung.

Konkret werden u. a. das Scale-up von Komponenten und Prozessen realisiert sowie optimale Betriebspunkte, Regelstrategien und Fahrweisen ermittelt. Für experimentelle Voruntersuchungen stehen zudem Laborflächen zur Verfügung, die zur Erprobung der Technologien aus allen Carbon2Chem®-Teilprojekten genutzt werden können.

Der Fokus der Arbeiten liegt auf dem Verhalten verschiedener Katalysatoren bei der Verwendung von Hüttengasen sowie einer dynamischen Fahrweise der Prozesse. Die Ergebnisse dienen als Grundlage für die Arbeiten im Technikum.

Gasreinigung

Im Fokus der Forschung stehen Entwicklung und Implementierung von Gasreinigungs- und -aufbereitungstechnologien für Hüttengase.

  • Thermische Deoxygenierung

    Untersuchung verschiedener Katalysatoren und Prozessbedingungen in einer komplexen Gasmatrix

    Ziel

    Thermische Deoxygenierung

    • Heterogenkatalysierte Umsetzung von Sauerstoffspuren
    • Untersuchung verschiedener Katalysatoren und Prozessbedingungen in einer komplexen Gasmatrix
       

    Anwendung

    • Gasreinigung und Gasaufbereitung
       

    Technische Spezifikation

    • Hochtemperaturfestbettreaktor
    • Quarzglas (Ø 25 mm; 1000 °C; max. 1 bar)
    • Edelstahl (Ø 25,4 mm; 550 °C; max. 60 bar)
    • Künstliches Hüttengas
    • Dosiersystem für Minorkomponenten
    • MS-Analysator
    • O2-Sensor
  • Deoxygenierung mittels nicht-thermischem Plasma

    Untersuchung verschiedener Katalysatoren und Prozessbedingungen in einem nichtthermischen Plasma

    Ziel

    Desoxygenierung von Koksofengas

    • Desorption stark adsorbierter Komponenten
    • Ausnutzung elektrischer Leitfähigkeit von Aktivkohle
    • Modifizierung nicht-leitfähiger Adsorbentien
    • Variation der Adsorbens-Konfiguration
       

    Anwendung

    • Abtrennung stark adsorbierter Minorkomponenten aus Abgasen
    • Energieeffiziente Regeneration von Adsorbentien
       

    Technische Spezifikation

    • 2 Ad-/Desorber-Behälter (ca. 250 ml; max. 10 bar)
    • Messung der axialen Temperaturverteilung (max. 648 K)
    • Möglichkeit der Detektion der desorbierten Spezies
  • Thermische Adsorption und Desorption

    Erprobung der Electric Swing Adsorption zur Abtrennung von Minorkomponenten und Wertstoffen aus verschiedenen Hüttengasen

    Ziel

    Thermische Regeneration von Adsorbentien mittels elektrischem Strom

    • Desorption stark adsorbierter Komponenten
    • Ausnutzung elektrischer Leitfähigkeit von Aktivkohle
    • Modifizierung nicht-leitfähiger Adsorbentien
    • Variation der Adsorbens-Konfiguration
       

    Anwendung

    • Reversible Abtrennung stark adsorbierter Minorkomponenten
      aus Abgasen
    • Effiziente Regeneration von Adsorbentien
    • Schutz für andere Adsorptionstechnologien
       

    Technische Spezifikation

    • Adsorber-Behälter mit jeweils 60 L Volumen
    • Volumenstrom bis 6 Nm3/h
    • Desorption bis 350 °C
    • Gleichzeitige Adsorption und Desorption in zwei Behältern

Methanolproduktion

  • Untersuchung des dynamischen Betriebs und Erprobung von Regelstrategien mit Kreisgasbetrieb

    Ziel

    Synthesegasversuche unter praxisnahen Bedingungen

    • Langzeittest mit dynamischen Bedingungen
    • Übertragung von Laborergebnissen auf den technischen Maßstab

    Anwendung

    • Vorbereitung von Versuchen für die Demonstrationsanlage
    • Erprobung von Regelstrategien
    • Abgleich mit Simulationsergebnissen

    Technische Spezifikation

    • Reaktor mit Öl-Umlauf-Kühlung
      • Länge: 110 cm
      • Innendurchmesser: 19 mm
    • Bis 100 bar und 300 °C
    • Gaskompressor
    • Prozessleitsystem PCS7
    • At-Line-GC mit FID und WLD
    • Online Messung der Permanentgaskonzentrationen
  • Untersuchungen zum Betriebsverhalten eines Einzelrohrs in industriellen Abmessungen

    Ziel

    Synthesegasversuche unter praxisnahen Bedingungen

    • Langzeittests mit simulierten und realen Hüttengasen
    • Überprüfung von Laborergebnissen im technischen Maßstab
    • Übertragung der Ergebnisse auf industrielle Anlagen


    Anwendung

    • Produktion von Methanol aus Hochofengas oder CO2
    • Erprobung von vorausschauenden Regelstrategien im dynamischen Betrieb


    Technische Spezifikation

    • Reaktor mit Siedewasser-Kühlung
      • Länge: 6,0 m
      • Innendurchmesser: 34,3 mm
    • Bis 89 bar und 270 °C
    • 2-stufiger Makeup-Gaskompressor bis 6 Nm3/h
    • 1-stufiger Feedgaskompressor bis 40 Nm3/h
    • Kondensation flüssiger Produkte mit Probenahme
    • Hauptkomponentenanalyse im Recycle-Gas online
    • Messung des Temperaturprofils auf der Reaktorachse mit 36 Messstellen
    • Fernübertragung aller Messdaten

Katalysatortestung

  • Das »Spider«-Testsystem ist darauf ausgelegt, acht Katalysatoren parallel zu testen. Es stellt eine Zwischenstufe zwischen klassischer Einzeluntersuchung und High-Throughput Screening dar.

    Ziel

    Katalysatorscreening im Rahmen der Katalysatorentwicklung

    • Betrachtung des Einflusses wichtiger Reaktionsparameter
    • Vergleich unterschiedlicher Katalysatoren unter identischen Bedingungen


    Anwendung

    • Schnelles Screening verschiedener Katalysatoren
    • Verweilzeitvariationen
    • Parameteroptimierung (Reaktionstemperatur, -druck, Gaszusammensetzung etc.)


    Technische Spezifikation

    • Acht parallele Reaktoren
      • Øad ¼ Zoll
      • isotherme Länge 40 mm
    • Bis 60 bar und 450 °C
    • Gasversorgung: H2, CO, N2
    • Online-Gaschromatographie (WLD, FID)
    • Separate Volumenstromregelung