Detaillierte Modellierung der Aufbereitung von Fischer-Tropsch Produkten zur technoökonomischen Optimierung eines Biomassto-Liquid (BtL) Gsamtprozesses

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit behandelt die Aufbereitung von Low Temperature Fischer-Tropsch Produkten zu Kerosin. Dafür werden die Fischer-Tropsch Produkte, bestehend aus n-Alkane in fünf Fraktionen aufgeteilt. Die erst Fraktion, bestehend aus Methan und Ethan wird möglichst vollständig abgetrennt. Für diese erfolgt keine weitere Aufbereitung. Dieser C1-C2 Strom wird als Nebenprodukt verkauft oder für die Erzeugung der benötigten Prozesswärme verwendet. Die Propan- bis Pentan-Fraktion, besteht aus zu kurzen Kohlenwasserstoffen, um als Kerosin verwendet zu werden. Diese wird durch die Oligomerisierung zu längeren und verzweigten Alkenen umgesetzt. Dafür ist zuvor eine Dehydrierung der n-Alkanen zu nAlkenen und nach der Oligomerisierung eine Hydrierung der iso-Alkenen zu iso-Alkanen notwendig. Die dritte Fraktion, Hexan bis Oktan, reagiert bei der Aromatisierung zu Aromaten, wie Benzen, Toluen und Xylen. Dieser Schritt ist notwendig, um die Anforderungen an vollsynthetischen Flugbenzin zu erfüllen. Die Nonan- bis TetradecanFraktion wird bei der Hydroisomerisierung zu verzweigten Alkanen umgesetzt, dadurch wird ein niedriger Gefrierpunkt erreicht. Die letzte Fraktion, die Fischer-Tropsch Wachse werden in einem Hydrocracker gespalten und es entstehen kürzere iso-Alkane. Bei den einzelnen Aufbereitungsschritten handelt es sich um katalytischen Reaktionen, welche teilweise bei hohem Druck und hoher Temperatur ablaufen. Der beschriebene Aufbereitungsprozess wird in AspenPlus® abgebildet und die Modellierung der einzelnen Reaktoren erfolgt auf der Basis von Literaturdaten. Die Produktströme werden anschließend bezüglich ihrer Stoffeigenschaften bewertet. Die Simulationsergebnisse werden mithilfe des Programms TEPET technoökonomisch betrachtet. Dabei ergeben sich Produktionskosten für die Aufbereitung der Fischer-Tropsch Produkte von 1,04 €/kg bei einer Kerosinausbeute von 73 kt/a Zudem erfolgt die Verknüpfung mit einem bestehenden Biomass-to-Liquid Prozess. Dadurch entsteht ein integrierter Gesamtprozess, bestehend aus dem Fischer-Tropsch Prozess und der Aufbereitung der Produkte zu Kerosin. Die Produktionskosten für den integrierten Gesamtprozess liegen bei 3,98 €/kg bei einer Jahresproduktionsmenge von 73 kt. So kann auch der Fall von mehreren kleinen dezentralen Biomass-to-Liquid Anlagen mit einer zentralen Aufbereitung der Produkte betrachtet werden. Anschließend werden beide Fälle miteinander Verglichen.