Techno-ökonomische Optimierung der Niedertemperatur Fischer-Tropsch-Synthese in Herstellungsprozessen von synthetischen Kraftstoffen

Abstract

Um die gesteckten Klimaziele zu erreichen, ist eine Dekarbonisierung des Transportsektors inklusive des Luftverkehrs unabdinglich. Einen Beitrag hierzu können synthetische Kraftstoffe, welche in einem Power-to-Liquid Verfahren hergestellt werden, leisten. Die vorliegende Arbeit modelliert die Herstellung von synthetischem Diesel und Wachs in einer PtL-Pilotanlage mit 10 MWel. Als Katalysatoren in der Fischer-Tropsch-Synthese werden Cobalt und Eisen verwendet. Das Ziel ist die Bestimmung der für den Gesamtprozess optimalen Betriebsbedingungen der Fischer-Tropsch-Synthese unter Berücksichtigung eines spezifischen Zielproduktes sowie eine techno-ökonomische Bewertung der Verfahren. In dem untersuchten Verfahren wird Wasserstoff durch die Elektrolyse von Wasser erzeugt. Die Synthesegasbereitstellung erfolgt über die reverse Wasser-Gas-Shift Reaktion. Im Anschluss werden die Cobalt- und Eisen-katalysierte Niedertemperatur Fischer-Tropsch-Synthese im Festbettreaktor kinetisch modelliert und die Kettenwachstumswahrscheinlichkeit an die Betriebsparameter gekoppelt. Die Produkttrennung erfolgt über die stufenweise Abkühlung und Auskondensation der längerkettigen Kohlenwasserstoffe. Sofern Diesel als Zielprodukt definiert ist, wird ein Raffinationsschritt zur Steigerung der Ausbeute berücksichtigt. Für das Cobalt-katalysierte Verfahren und Diesel als Zielprodukt wird der Gesamtprozess unter T = 185°C, P = 20 bar, einem H2/CO-Verhältnis von 1,75 und 30% CO-Umsatz optimal. Es werden 230 kg/h Diesel zu 5,31 €/l generiert. Es werden Investitionen in Höhe von 39 M€ benötigt. Der Power-to-Liquid Wirkungsgrad