title: Herstellung kurz- und mittelkettiger Olefine durch Fischer-Tropsch-Synthese
Creators: name: Schröder, Dominik
Publisher: name: University of Bayreuth
Year: 2022
Subjects: subject: Fischer-Tropsch-Synthese
subject: heterogene Katalyse
subject: synthetische Kohlenwasserstoffe, Kobalt
subject: Eisen, Porendiffusion
subject: Fischer-Tropsch synthesis
subject: heterogeneous catalysis
subject: synthetic hydrocarbons, cobalt
subject: iron, pore diffusion
subject: 540
subject: 620
subject: 660

description: Ziel – Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der technischen Herstellung von kurz- und mittelkettigen 1-Olefinen mittels Fischer-Tropsch-Synthese. Sie wurde im Rahmen des Projektes „Olefine durch Fischer-Tropsch-Synthese“ in Zusammenarbeit mit der Evonik Industries AG erstellt. Die Synthese der Zielfraktion von C3–C8-1-Olefinen sollte mittels Niedertemperatur-Fischer-Tropsch-Synthese (200–250 °C) erfolgen. Herkömmliche Fischer-Tropsch-Katalysatoren produzieren in diesem Temperaturbereich hochmolekulare Kohlenwasserstoffe. Es sollten Katalysator/Prozessbedingungen ermittelt werden, welche eine mittlere Kettenwachstumswahrscheinlichkeit von ≈ 0,72 und ein hohes 1-Olefin-zu-Paraffin-Verhältnis aufweisen. Methoden – Die eingesetzten Katalysatoren wurden selbst hergestellt, als gemahlene Partikel mit einem Durchmesser dP ≤ 150 μm mit Quarzsand verdünnt und in einen Festbettreaktor eingebaut. Nach erfolgter Reduktion wurden die Katalysatoren für 144 Stunden Time-on-Stream bei p = 20 bar, T = 210/220 °C, einer Gaszusammensetzung von H2/COX = 2/1 und einem Umsatz von ≈ 10 % betrieben, um einen stationären Zustand zu gewährleisten. Die Gasphase wurde mit einer Gasanalyse hinsichtlich der Permanentgaszusammensetzung untersucht. Die Verteilung der Kohlenwasserstoffe wurde aus der Superposition dreier Gaschromatogramme (Gasphase, wässrige und organische Flüssigphase) ermittelt. Ergebnisse – Für ein Katalysatorscreening wurden sowohl Eisensinterkatalysatoren als auch kobaltbasierte Katalysatoren auf einem SiO2-Träger (Aerolyst 3041, Evonik Industries AG) genutzt. Diese wurden zusätzlich mit Mangan als Promotor beschichtet. Die Eisensinterkatalysatoren wiesen eine hohe Selektivität zu hochmolekularen Kohlenwasserstoffen mit einem α-Wert von 0,83 auf. Für einen 1,5 Gew.-%Mn, 10 Gew.-%Co auf SiO2 Katalysator konnte ein α von 0,72 mit einer Selektivität zur Zielfraktion (C3–C8-1-Olefinen) von SC = 38% erzielt werden. Dieser wurde als Katalysator für weitere Untersuchungen festgelegt. In einer Parametervariation konnte festgestellt werden, dass der α-Wert für steigende Temperaturen, steigenden Druck und steigende H2-Konzentration sinkt. Ein steigender Umsatz und eine Erhöhung der H2-Konzentration wirken sich negativ auf das 1-Olefin-zu-Paraffin-Verhältnis aus. Für den Einsatz als technischer Partikel mit dP = 1,6mm konnten eine stark veränderte Aktivität und Selektivität festgestellt werden. Es wurde eine nahezu doppelte Reaktionsrate rCO, eine höhere Kettenwachstumswahrscheinlichkeit α und ein verringertes 1-Olefin-zu-Paraffin-Verhältnis im Vergleich zum gemahlenen Katalysator festgestellt. Diese Effekte werden der Readsorption von Olefinen und Folgereaktionen aufgrund von Stofftransportlimitierungen in der Pore zugeschrieben.