Verbesserung des diffusiven Stofftransports in hierarchisch aufgebauten Fischer-Tropsch-Katalysatoren

Das Porensystem eines Cobalt-basierten Katalysators für die Fischer-Tropsch-Synthese ist bei typischen Reaktionsbedingungen vollständig mit flüssigen Kohlenwasserstoffen gefüllt. Dies führt zu einer geringeren Katalysatorausnutzung und insbesondere zu reduzierter Selektivität und verringertem Umsatz in Hinblick auf langkettige Kohlenwasserstoffe durch Bildung von unerwünschtem Methan. Der Zusammenhang zwischen Porenmorphologie und der Katalysatoraktivität sowie Produktselektivität wird in Kooperation mit dem Institut für Chemische und Elektrochemische Verfahrenstechnik (ICVT) und dem Institut für Mechanische Verfahrenstechnik (MVT) der TU Clausthal in diesem Projekt untersucht. Dazu werden Transportvorgänge und chemische Reaktionen in flüssiger Phase innerhalb multimodaler synthetisch generierter sowie per Computertomographie aufgenommener realer Porensysteme am ITM numerisch quantifiziert. Als numerische Verfahren zur Bestimmung der Transport- und Reaktionskoeffizienten dienen die Lattice-Boltzmann und die Random-Walk-Particle-Tracking Methoden wegen ihrer hohen räumlichen Auflösung. Die ermittelten Parameter werden an die AG Turek des ICVT zur Prozesssimulation und Katalysatorcharakterisierung in einem Fischer-Tropsch-Reaktormodell übergeben; gemeinsam mit der AG Weber des MVT werden Optimierungsstrategien für Schichtaufbauten aus sog. Building Blocks erprobt. So zeigen theoretische und experimentelle Arbeiten vorangegangener Projektphasen, dass größere, insbesondere parallele, zylindrische Transportporen in der Katalysatorstruktur die Zugänglichkeit des Porensystems deutlich verbessern. Eine weitere Steigerung der Katalysatorausnutzung soll durch eine möglichst omniphobe Beschichtung der Porenoberflächen erreicht werden, sodass sie weitgehend frei von flüssigen Produkten bleiben. Derartigen Poren werden im Projekt mit unterschiedlichen Methoden hergestellt, theoretisch modelliert und experimentell erprobt.

Weitere Info