Das Projekt "Teilprojekt 6" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Linde Höllriegelskreuth, Geschäftsbereich Linde Engineering, Abteilung EC durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines einstufigen, heterogen katalysierten Verfahrens zur Synthese von Dimethylether (DME) aus Kohlenmonoxid-reichen und gegebenenfalls CO2-haltigen Synthesegasen. Das Verfahren soll stofflich und energetisch in die vorgelagerte Synthesegasstufe integriert sein. Für diese Stufe wird für die Verfahrens-Simulation das Verfahren der trockenen Reformierung von Methan mit CO2 angenommen, die für die Aktivierung des CO2's erforderlichen großen Wasserstoffmengen müssen somit nicht aus einer externen Quelle bezogen werden, sondern sind mit der Feed-Komponente Methan bereits im Prozess vorhanden. Gegenüber den Verfahren gemäß Stand der Technik mit der Zwischenstufe Methanol ergibt sich durch den thermodynamisch bedingt niedrigeren Prozessenergie-Bedarf des neuen Verfahrens bereits bei konventioneller Synthesegaserzeugung ein etwa 30 Prozentiges CO2-Reduktiorispotential (125 kg CO2 pro Tonne DME). Dieses Potential erhöht sich bei Einsatz der Trockenreformierung für die Erzeugung van Synthesegas und die damit verbundene stoffliche Nutzung von CO2 als Ausgangsstoff unter Berücksichtigung spezifischer Energie- und Heizwerte sowie der bei der Trockenreformierung nicht nötigen energieintensiven Bereitstellung reinen Sauerstoffs nochmals um etwa 125 kg CO2 pro Tonne DME. Insgesamt kann beim hier vorgestellten Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik eine 60 Prozentige Reduktion der spezifischen CO2-Emissionen erwartet werden. Auf Grund seines physikalischen Eigenschaftsprofils ist Dimethylether als Energieträger geeignet (Flüssiggas-Ersatz und ggf. Diesel-Treibstoff). Damit eröffnet sich ein Mengenpotential, das im Vergleich zum Stand der Technik zu einer signifikanten Senkung der anthropogenen CO2 Emissionen führen kann. Das Verfahren lässt sich auch mit einer Biomasse-basierten Synthesegaserzeugung koppeln. Es ist sowohl ein durch Vergasung gewonnenes CO/H2 Gemisch als auch anstelle der Biomasse-Vergasung die unmittelbare Veredelungsmöglichkeit von Biogas (CO2/CH4) denkbar, bei der beide C-Quellen des Biogases stofflich genutzt werden. Die sonst erforderliche aufwendige Abtrennung des CO2-Anteils aus dem Biogas würde entfallen, wenn es als Stoffstrom in die Trockenreformierungsstufe eingespeist wird. Diese Aspekte sollen im Rahmen des Gesamtprojektes in einem eigenen Arbeitspaket beleuchtet werden. Daneben soll im Rahmen von Grundlagen-Untersuchungen auch erforscht werden, ob ein CO2/H2 Gemisch ohne vorherige Konvertierung zu Synthesegas direkt als Rohstoff für die DME Synthese eingesetzt werden kann.
Das Projekt "Experimentelle und numerische Untersuchungen der chemischen Kinetik von Brennstoffgemischen in homogenen Niedertemperaturreaktoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bielefeld, Arbeitsgruppe Physikalische Chemie I durchgeführt. Bei der Selbstzündung von Brennstoff-Gemischen im Niedertemperaturbereich zwischen 500 K und 1200 K kann es zu einer Interaktion der unterschiedlichen Reaktionsketten der Brennstoffe kommen. Dies soll anhand charakteristischer binärer Gemische der langkettigen aliphatischen Kohlenwasserstoffe iso-Oktan und n-Heptan mit Ethanol bzw. Dimethylether (DME) in homogenen Reaktoren untersucht werden. Für iso-Oktan und n-Heptan existiert eine langsame Kettenverzeigung im Niedertemperaturbereich, jedoch nicht für Ethanol. DME weist zwar eine Niedertemperaturkinetik auf, es wird jedoch verstärkt Formaldehyd gebildet, das als Inhibitor wirken kann. In Gemischen dieser Brennstoffe ist daher zu erwarten, dass die langsame Kettenverzweigung des aliphatischen Brennstoffes durch die Anwesenheit des anderen Brennstoffs beeinflusst wird, da beide Brennstoffe um chemische Radikale konkurrieren. Da in fast allen technischen Anwendungen Gemische unterschiedlicher chemischer Komponenten verwendet werden, ist die Untersuchung der Niedertemperaturkinetik solcher Brennstoffgemische im Hinblick auf die Selbstzündung von entscheidender Bedeutung. Das Projekt widmet sich der Niedertemperatur-Kinetik von solchen Brennstoffgemischen und wird gemeinsam von Frau Prof. Kohse-Höinghaus (Bielefeld) und Herrn Prof. Peters (Aachen) durchgeführt.
Das Projekt "Reaktionen von Hydroxilradikalen mit fluechtigen organischen Verbindungen unter simulierten troposphaerischen Bedingungen: Troposphaerische Bestandszeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz durchgeführt. In der Troposphaere sind die Reaktionen des Hydroxylradikals im Zusammenhang mit der Oxidation von fluechtigen organischen Verbindungen von zentraler Bedeutung. Der Abbau vieler VOCs wird durch das sehr reaktive OH-Radikal initialisiert, wobei im weiteren Verlauf der oxidativen Radikalkettenreaktion die VOCs zu polareren Produkten transformiert werden. Die Geschwindigkeit der OH-Radikalreaktion mit VOCs beeinflusst die troposphaerische Aufenthaltszeit bzw die Transportdistanz derselben und laesst auf eine moegliche Beteiligung von VOCs an der Bildung von Sommersmog schliessen. Vertreter zweier Klassen von organischen Verbindungen wurden untersucht: Diethylether, Methyl-n-butylether, Ethyl-n-butylether, Di-n-butylether, Di-n-pentylether, Benzol, Toluol, Benzaldehyd, Phenol, o-Kresol, m-Kresol und p-Kresol. Die Temperaturabhaengigkeit der Reaktion wurde mit Hilfe einer kompetitiven Technik und unter Verwendung eines Durchflussreaktors bestimmt. Die erhaltenen Reaktionskoeffizienten wurden zur Abschaetzung der troposphaerischen Lebensdauer der untersuchten Verbindungen weiterverwendet.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF SE durchgeführt. 1 .Vorhabensziel: Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines einstufigen, heterogen katalysierten Verfahrens zur Synthese von Dimethylether (DME) aus Kohlenmonoxid-reichen und gegebenenfalls CO2-haltigen Synthesegasen. Das Verfahren soll stofflich und energetisch in die vorgelagerte Synthesegasstufe integriert sein. Für diese Stufe wird für die Verfahrens-Simulation das Verfahren der trockenen Reformierung von Methan mit CO2 angenommen. Die für die Aktivierung des CO2's erforderlichen großen Wasserstoffmengen müssen somit nicht aus einer externen Quelle bezogen werden, sondern sind mit der Feed-Komponente Methan bereits im Prozess vorhanden. Gegenüber den Verfahren gemäß Stand der Technik mit der Zwischenstufe Methanol ergibt sich durch den thermodynamisch bedingt niedrigeren Prozessenergie-Bedarf des neuen Verfahrens bereits bei konventioneller Synthesegaserzeugung ein etwa 30 Prozentiges CO2- Reduktionspotential (125 kg CO2 pro Tonne DME). Dieses Potential erhöht sich bei Einsatz der Trockenreformierung für die Erzeugung von Synthesegas und die damit verbundene stoffliche Nutzung von CO2 als Ausgangsstoff unter Berücksichtigung spezifischer Energie- und Heizwerte sowie der bei der Trockenreformierung nicht nötigen energieintensiven Bereitstellung reinen Sauerstoffs nochmals um etwa 125 kg CO2 pro Tonne DME. Insgesamt kann beim hier vorgestellten Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik eine 60 Prozentige Reduktion der spezifischen CO2-Emissionen erwartet werden. Auf Grund seines physikalischen Eigenschaftsprofils ist Dimethylether als Energieträger geeignet (Flüssiggas-Ersatz und ggf. Diesel-Treibstoff). Damit eröffnet sich ein Mengenpotential, das im Vergleich zum Stand der Technik zu einer signifikanten Senkung der anthropogenen CO2-Emissionen führen kann. Das Verfahren lässt sich auch mit einer Biomasse-basierten Synthesegaserzeugung koppeln. Es ist sowohl ein durch Vergasung gewonnenes CO/H2 Gemisch als auch anstelle der Biomasse-Vergasung die unmittelbare Veredelungsmöglichkeit von Biogas (CO2/CH4) denkbar, bei der beide C-Quellen des Biogases stofflich genutzt werden. Die sonst erforderliche aufwendige Abtrennung des CO2-Anteils aus dem Biogas würde entfallen, wenn es als Stoffstrom in die Trockenreformierungsstufe eingespeist wird. Diese Aspekte sollen im Rahmen des Gesamtprojektes in einem eigenen Arbeitspaket beleuchtet werden. Daneben soll im Rahmen von Grundlagen-Untersuchungen auch erforscht werden, ob ein CO2/H2-Gemisch ohne vorherige Konvertierung zu Synthesegas direkt als Rohstoff für die DME Synthese eingesetzt werden kann.
Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von hte GmbH the high throughput experimentation company durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines einstufigen, heterogen katalysierten Verfahrens zur Synthese von Dimethylether (DME) aus Kohlenmonoxid-reichen und gegebenenfalls CO2-haltigen Synthesegasen. Das Verfahren soll stofflich und energetisch in die vorgelagerte Synthesegasstufe integriert sein. Für diese Stufe wird für die Verfahrens-Simulation das Verfahren der trockenen Reformierung von Methan mit CO2 angenommen. Diese Form der stofflichen CO2 Verwertung besitzt den Vorteil, dass die für die Aktivierung des CO2s erforderlichen großen Wasserstoffmengen nicht aus einer externen Quelle bezogen werden müssen, sondern mit der Feed-Komponente Methan bereits im Prozess vorhanden sind. Im Erfolgsfall besitzt das einstufige DME-Verfahren das Potential, im Vergleich zum Stand der Technik eine signifikante Senkung der anthropogenen CO2-Emissionen zu erzielen. Das mengenmäßige Potential ist darin begründet, dass Dimethylether neben chemischen Verwendungen auch als Flüssiggas-Ersatz und ggf. Diesel-Treibstoff geeignet ist. Gegenüber den Verfahren gemäß Stand der Technik mit der Zwischenstufe Methanol: Reformierung - Synthesegas (CO/ 2 H2) - Methanol - DME. ergibt sich bereits bei noch konventioneller Synthesegaserzeugung zum Beispiel durch Partialoxidation von Methan und CO2-Recycle ein etwa 30 Prozentiges CO2-Reduktionspotential (125 kg CO2 pro Tonne DME) durch den thermodynamisch bedingt niedrigeren Prozessenergie-Bedarf des neuen Verfahrens. Dieses Potential erhöht sich bei Einsatz der Trockenreformierung für die Erzeugung von Synthesegas und die damit verbundene stoffliche Nutzung von CO2 als Ausgangsstoff unter Berücksichtigung der Reaktionsstöchiometrien, spezifischer Energie- und Heizwerte sowie der bei der Trockenreformierung nicht nötigen energieintensiven Bereitstellung reinen Sauerstoffs nochmals um etwa 125 kg CO2 pro Tonne DME. Insgesamt kann beim hier vorgestellten Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik eine 60 Prozentige Reduktion der spezifischen CO2-Emissionen erwartet werden. Das Verfahren lässt sich auch mit einer Biomasse-basierten Synthesegaserzeugung koppeln. Es ist sowohl ein durch Vergasung gewonnenes CO/H2 Gemisch als auch anstelle der Biomasse-Vergasung die unmittelbare Veredelungsmöglichkeit von Biogas (CO2/CH4) denkbar, bei der beide C-Quellen des Biogases stofflich genutzt werden. Die sonst erforderliche aufwendige Abtrennung des CO2-Anteils aus dem Biogas würde entfallen, wenn es als Stoffstrom in die Trockenreformierungsstufe eingespeist wird. Diese Aspekte sollen im Rahmen des Gesamtprojektes in einem eigenen Arbeitspaket beleuchtet werden. Daneben soll im Rahmen von Grundlagen-Untersuchungen auch erforscht werden, ob ein CO2/H2-Gemisch ohne vorherige Konvertierung zu Synthesegas direkt als Rohstoff für die DME Synthese eingesetzt werden kann.
Das Projekt "Teilvorhaben BASF SE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF SE durchgeführt. In L6 wird die 3-stufige Synthese von Oxymethylenethern (OME) aus Synthesegas untersucht, das aus Hüttengasen des thyssenkrupp-Stahlwerks in Duisburg erzeugt wird. Die Synthese erfolgt über Dimethylether und Formaldehyd (FA) als Zwischenprodukte, die aus Synthesegas (vgl. C2C TV L3) bzw. aus Methanol (vgl. C2C TV L2) erzeugt und abschließend zu OME mit 3 bis 5 Formeleinheiten FA umgesetzt werden. Zusätzlich zum stofflichen Verbund aus Stahl und Chemie für die Synthesegas-Erzeugung wird die Nutzung von Abwärmen der Stahlherstellung für die endotherme FA-Synthese untersucht. Die Dynamik von Lastwechselprozessen im Verbund aus Stahl- und Chemieanlagen wird betrachtet, indem für die Prozessparameter Zeitkonstanten aus Bilanz- und Flussgrößen ermittelt werden. Parallel zur Entwicklung des OME-Verfahrens werden OME als Komponenten in Dieselkraftstoffen mit bevorzugten Verbrennungseigenschaften bewertet und daraus Konzepte für ihre Vermarktung abgeleitet. In U1-U5 wird durch Prozesssimulation der Einfluss der Zusammensetzung von Hüttengasen auf die DME-Synthese an Cu-Katalysatoren untersucht. Falls nötig, werden Adsorber für die Synthesegas-Reinigung ausgelegt. BASF wird Rezepturen für Cu- & Ag-haltige Dehydrierkatalysatoren zur Verfügung stellen und bei der Entwicklung des Konzeptes für den Wärmetransfer aus der Stahlerzeugung in die FA-Herstellung, bei der Simulation statischer Prozess-Performance und bei der Schätzung dynamischer Effekte mitwirken. Des Weiteren wird BASF mit TU KL das Konzept für eine OME-Synthese erarbeiten. Als Koordinator für L6 wird BASF die drei Verfahren durch Simulation zu einem OME-Verfahren zusammenführen und diesen in den Stahl-Chemie-Verbund integrieren. Abschließend wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrensverbundes untersucht und in Patentrecherchen werden Schutzrechte Dritter identifiziert werden. BASF wird OME-Probemengen bereitstellen und gefahrstoffliche Fragestellungen klären, um Flottentests in der Experimentalphase vorzubereiten.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, TUM School of Engineering and Design, Department of Energy and Process Engineering , Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Ziel des skizzierten Projektes ist die stoffliche und energetische Integration der beiden Verfahrensschritte Synthesegaserzeugung und DME-Herstellung. Dazu wird ein neuer Heterogenkatalysator für die einstufige Synthese von DME in der Gasphase entwickelt. Die Leistungsziele für den Katalysator werden aus einer Verfahrenssimulation abgeleitet, welche die trockene Reformierung im ersten Schritt mit der neuen DME-Synthese im zweiten Schritt kombiniert. Das Konzept erlaubt den Verzicht einer Luftzerlegungsanlage, was einen erheblichen Investitionskostenvorteil und ein signifikantes CO2-Vermeidungspotential zur Folge hat. Parallel dazu wird die Eignung des Verfahrens für biobasiertes Synthesegas untersucht. 2. Arbeitsplanung: 1. Jahr: Analyse der in Frage kommenden Grundverfahren zur Synthesegaserzeugung hinsichtlich Energieverbrauch und Investitionskosten mittels Teilprozessmodellen mit Prozesssimulator. Anschließende Optimierung des Gesamtmodells unter Einbezug des neuartigen Prozesses zur einstufigen Direktsynthese von DME aus Synthesegas. Erstellung von Anforderungsprofilen für den zu entwickelnden Katalysator. Detaillierte Untersuchung der in Frage kommenden Absorptionsverfahren. 2. Jahr: Thermodynamische Bewertung des Prozesses und Ermittlung des CO2-Einsparpotentials. Kinetikmessungen des neu entwickelten Katalysators. Integration der Ergebnisse in Konzeption und Auslegung der Testanlage. 3. Jahr: Abschließende Prozessoptimierung. Begleitung der Langzeitversuche und Messungen der Testanlage.
Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. Ziel des skizzierten Projektes ist die stoffliche und energetische Integration der beiden Verfahrensschritte Synthesegaserzeugung und DME-Herstellung. Dazu wird ein neuer Heterogenkatalysator für die einstufige Synthese von DME in der Gasphase entwickelt. Die Leistungsziele für den Katalysator werden aus einer Verfahrenssimulation abgeleitet, welche die trockene Reformierung im ersten Schritt mit der DME-Synthese im zweiten Schritt kombiniert. Das Konzept erlaubt den Verzicht einer Luftzerlegungsanlage, was einen erheblichen Investitionsvorteil und ein signifikantes CO2-Vermeidungspotenzial zur Folge hat. Parallel dazu wird die Eignung des Verfahrens für biobasiertes Synthesegas untersucht. Arbeitsplanung: 1. Jahr: Aktivmasse im Labormaßstab identifiziert, Verfahrenskonzept (Integration Syngasstufe und DME-Synthese) mit Zielvorgaben für den Katalysator simuliert, Grundlagen zur Chemie des Prozesses. 2. Jahr Katalysator als technischer Formkörper entwickelt, weitere Feinoptimierung der Zusammensetzung, Festlegen des detaillierten Reaktorkonzeptes, Planung und Installation von Testanlagen, Grundlagen zur Chemie des Prozesses. 3. Jahr: Langzeitversuche in den neuen Testanlagen, Optimierung der Katalysator Rezeptur, Optimierung von Reaktor- und Verfahrensauslegung, Austesten von Feedstockqualitäten, Aufnahme kinetischer Daten, Grundlagen zur Chemie des Prozesses, Gegenüberstellen der CO2-Bilanzen von fossil- und biobasierter Synthese.
Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Kohlenforschung durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Ziel des skizzierten Projektes ist die stoffliche und energetische Integration der beiden Verfahrensschritte Synthesegaserzeugung und DME-Herstellung. Dazu wird ein neuer Heterogenkatalysator für die einstufige Synthese von DME in der Gasphase entwickelt. Die Leistungsziele für den Katalysator werden aus einer Verfahrenssimulation abgeleitet, welche die trockene Reformierung im ersten Schritt mit der neuen DME-Synthese im zweiten Schritt kombiniert. Das Konzept erlaubt den Verzicht einer Luftzerlegungsanlage, was einen erheblichen Investitionskostenvorteil und ein signifikantes CO2-Vermeidungspotential zur Folge hat. Parallel dazu wird die Eignung des Verfahrens für biobasiertes Synthesegas untersucht. 2. Arbeitsplanung: 1. Jahr: Aktivmasse im Labormaßstab identifiziert, Verfahrenskonzept (Integration Syngas-Stufe und DME-Synthese) mit Zielvorgaben für den Katalysator simuliert, Grundlagen zur Chemie des Prozesses. 2. Jahr: Katalysator als technischer Formkörper entwickelt, weitere Feinoptimierung der Zusammensetzung, Festlegen des detaillierten Reaktorkonzeptes, Planung und Installation von Testanlagen (ca. 1-Liter Kat-Volumen, Testen von Formkörpern), Grundlagen zur Chemie des Prozesses. 3. Jahr: Langzeitversuche in den neuen Testanlagen, Optimierung der Katalyator-Rezeptur, Optimierung von Reaktor- und Verfahrens-Auslegung, Austesten von Feedstock-Qualitäten, Aufnahme kinetischer Daten, Grundlagen zur Chemie des Prozesses, Gegenüberstellen der CO2-Bilanzen von fossil- und biobasierter Synthese.
Das Projekt "Teilvorhaben Linde AG" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Linde GmbH durchgeführt. In L6 wird die 3-stufige Synthese von Oxymethylenethern (OME) aus Synthesegas untersucht, das aus Hüttengasen des thyssenkrupp-Stahlwerks in Duisburg erzeugt wird. Die Synthese erfolgt über Dimethylether und Formaldehyd (FA) als Zwischenprodukte, die aus Synthesegas (vgl. C2C TV L3) bzw. aus Methanol (vgl. C2C TV L2) erzeugt und abschließend zu OME mit 3 bis 5 Formeleinheiten FA umgesetzt werden. Zusätzlich zum stofflichen Verbund aus Stahl und Chemie für die Synthesegas-Erzeugung wird die Nutzung von Abwärmen der Stahlherstellung für die endotherme FA-Synthese untersucht. Die Dynamik von Lastwechselprozessen im Verbund aus Stahl- und Chemieanlagen wird betrachtet, indem für die Prozessparameter Zeitkonstanten aus Bilanz- und Flussgrößen ermittelt werden. Parallel zur Entwicklung des OME-Verfahrens werden OME als Komponenten in Dieselkraftstoffen mit bevorzugten Verbrennungseigenschaften bewertet und daraus Konzepte für ihre Vermarktung abgeleitet. Linde bearbeitet U1 ('Modifizierte DME-Synthese') und U4 ('Prozess-Integration') als Teil einer Gesamtroute über DME zu OME. In Zusammenarbeit mit L0 werden alle im Hüttenabgas enthaltenen Hauptkomponenten und Verunreinigungen beschrieben. Typische Gehalte werden zeitabhängig quantifiziert. W
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