Aktuell / 23.10.2015

Mit CO2 Synthesegas erzeugen

Im neu entwickelten Rohrreaktor werden unterschiedliche Reformierungsprozesse und verschiedene Katalysatoren unter Praxisbedingungen getestet. Ziel ist, die Trockenreformierung für industrielle Anwendungen weiterzuentwickeln. (Quelle: Linde AG)

Auf einem neuen Teststand in Pullach wird die effiziente Erzeugung von Synthesegas erprobt. Ein Rohrreaktor erzeugt Synthesegas – eine Verbindung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Der Prozess basiert auf der Trockenreformierung. Das Gas kommt als wertvoller Grundstoff in chemischen Verfahren zum Einsatz. Die Linde AG führt die Forschungsarbeiten gemeinsam mit Partnern durch.

Bei der Pilotanlage ist das Reaktorrohr des Reformers bereits so dimensioniert und ausgelegt, dass er der späteren, industriell nutzbaren Variante entspricht. Bei kommerziellen Anlagen wird durch eine entsprechende Zahl von Reformerrohren die notwendige Produktionskapazität erreicht. Das ermöglicht, neue Verfahren und Materialien unter praxisnahen Bedingungen zu erproben. Allerdings ist der Reformer in der Pilotanlage mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet. So können die Wissenschaftler Betriebsparameter und Gaszusammensetzungen, die über einen großen Wertebereich einstellbar sind, dokumentieren und auswerten.

Die klassische Dampfreformierung verändern

Für das neue Dryref Verfahren haben die Wissenschaftler die klassische Dampfreformierung entscheidend verändert. Neben Methan und etwas Wasserdampf wird bei hohem Druck auch CO2 in den Rohrreaktor geleitet. Bei Temperaturen zwischen 800 und 1000 °C reagiert CO2 mit Methan zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid (CO). Das Verfahren ist energieeffizienter als die klassische Variante: Zum einen benötigt die Trockenreformierung sehr viel weniger Wasserdampf zur Verhinderung der Katalysatorverkokung, zum anderen wird das Synthesegas unter hohem Druck erzeugt, sodass eine vorlaufende Gasentspannung und im Anschluss an die Reaktion eine weitere Verdichtung entfällt. Ein weiterer Vorteil: Die Verwendung großer Mengen CO2. Dieses entsteht als Abfallprodukt in Kraftwerken und Industrieprozessen. CO-reiche Synthesegase sind ein wichtiger Synthesebaustein in der chemischen Industrie. Sie werden beispielsweise in Hydroformylierungs- und Carbonylierungsreaktionen eingesetzt. Damit sind sie Ausgangspunkt für zahlreiche Produkte wie beispielsweise Düngemittel oder Kraftstoffe.

 

Das Dryref-Verfahren produziert wertvolle Synthesegase mit besonders hohem CO-Anteil. Dadurch kann es in vielen Syntheseprozessen ohne vorgeschaltete Wasserstoffabtrennung direkt eingesetzt werden. Es konkurriert deshalb mit dem sogenannten Partialoxidationsverfahren, das durch die Reaktion von Methan mit Sauerstoff ebenfalls hohe CO-Anteile erreicht. Der benötigt Rein-Sauerstoff muss bei dieser Variante aber mit hohem Energieaufwand hergestellt werden. Nicht zuletzt besitzt der Dry-Reforming-Prozess vor allem bei kleinen und mittelgroßen Anlagen relevante Kostenvorteile gegenüber der partiellen Oxidation.

Optimierte Katalysatoren

Die Bedingungen im neuen Reaktorrohr unterscheiden sich erheblich von den bisher üblichen Technologien. Beispielsweise ist die Verkokung der Katalysatoren ein Problem der Verfahren zur trockenen Reformierung. Simulationsrechnungen des Karlsruher KIT ermöglichen ein tieferes Verständnis der komplexen Reaktionskinetik. Durch diese Berechnungen können Verfahren und Komponenten besser angepasst werden. Viel hängt dabei davon ab, entsprechende Nickel- und Kobaltkatalysatoren zu entwickeln, die industriellen Anforderungen entsprechen. Bei der Entwicklung der Katalysatoren kooperieren die Projektpartner BASF, hte und die Dechema.

 

Die Projektpartner wollen das Dry-Reforming-Verfahren nach Abschluss des Förderprojektes 2017 bei erfolgreichem Verlauf der Pilotphase auf dem Markt anbieten und eine Referenzanlage bei einem Kunden errichten.

Projektleitung

Linde Aktiengesellschaft
Klosterhofstraße 1
80331 München

Projektpartner

Katalysatorentwicklung

BASF SE
67056 Ludwigshafen

hte GmbH
69123 Heidelberg

Simulationen der Reaktionskinetik

Karlsruher Institut für Technologie
76131 Karlsruhe

Bereitstellung von Materialien

DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V.
60486 Frankfurt am Main