Neues Trockenreformierungsverfahren / 30.03.2016

DryRef: Mit CO2 Synthesegas produzieren

Mit der Pilotanlage soll die Trockenreformierung in industriellem Maßstab weiterentwickelt werden. In dem Rohrreaktor können unterschiedliche Reformierungsprozesse erprobt und Katalysatoren unter realen Betriebsbedingungen getestet werden. © Linde AG

In einer neuartigen Pilotanlage erprobt die Linde AG die Erzeugung von Synthesegas. Dieses Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid wird in einem Rohrreaktor über den Prozess der Trockenreformierung produziert. Synthesegase dienen als wertvolle Grundstoffe in der chemischen Industrie.

Im Verbundvorhaben DryRef entwickeln Forscher von Linde und Partnern aus Industrie und Wissenschaft ein neues Verfahren zur energieeffizienten Synthesegaserzeugung durch trockene Reformierung. Zur industriellen Herstellung kohlenmonoxidreicher Synthesegase waren bisher mangels geeigneter Katalysatoren nur Reforming-Prozesse verfügbar, die unterhalb von 10 bar betrieben werden können. Oberhalb dieses Betriebsdruckes kommt es zur Rußbildung, so dass ein stabiler Betrieb nicht möglich ist. Diese niedrige Druckstufe erfordert für den nachgeschalteten Prozess eine energieintensive Nachverdichtung. Alternative Verfahren benötigen eine ebenso energieintensive Rein-Sauerstoffversorgung und sind im erzielbaren Kohlenmonoxidgehalt limitiert.
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

Ziel des Verbundprojektes ist es, einen Katalysator und ein Verfahrenskonzept zu entwickeln, die eine Synthesegas-Produktion auf einem hohem Druckniveau (20-40 bar) ohne Rußbildung und ohne zusätzliche Nachverdichtung ermöglichen. Durch die neuartige Katalysatorzusammensetzung und Prozessführung werden der Dampfbedarf und damit auch der Energiebedarf reduziert. Kohlendioxid wird im Einsatzgas verwendet und mit dem neuen Verfahren energieeffizient stofflich verwertet. Ziel der Arbeiten ist die technische Bereitstellung und der Nachweis der Tauglichkeit des neuartigen Katalysators und Verfahrens mit Hilfe von Pilotversuchen.

Für das neue Dryref Verfahren haben die Wissenschaftler die klassische Dampfreformierung entscheidend verändert. Neben Methan und etwas Wasserdampf wird bei hohem Druck auch Kohlendioxid (CO2) in den Rohrreaktor geleitet. Bei Temperaturen zwischen 800 und 1.000 Grad reagiert das CO2 mit dem Methan zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid. 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 vielen industriellen Prozessen und kann nutzbringend eingesetzt werden statt es an die Umwelt abzugeben.

Das Dryref-Verfahren produziert wertvolle Synthesegase mit besonders hohem CO-Anteil. Dadurch kann es für viele Syntheseprozesse direkt eingesetzt werden, ohne dass zuvor Wasserstoff abgetrennt werden muss. Es konkurriert deshalb mit dem sogenannten Partialoxidationsverfahren das durch die Reaktion von Methan mit Sauerstoff ebenfalls hohe Kohlenmonoxid-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.

Entwicklung von Rohrreaktor und Katalysatoren

Die Prozessbedingungen in dem Rohrreaktor weichen sehr stark von denen etablierter Technologien ab. Ein bekanntes Problem trockener Reformierungsverfahren ist beispielsweise die Verkokung der Katalysatoren. Die Entwickler arbeiten daran, Verfahren und Apparate entsprechend anzupassen. Eine entscheidende Herausforderung ist dabei, industriell einsetzbare Nickel- oder Kobaltkatalysatoren zu entwickeln.

Die Pilotanlage ist mit einer umfangreicheren Analytik und Sensorik ausgestattet. So können die Forscher Betriebsparameter und Gaszusammensetzungen dokumentieren und auswerten. Das Reaktorrohr des Pilot-Reformers entspricht in Größe und Ausführung bereits einer industriell nutzbaren Variante. So können neue Verfahren und Materialien unter praxisnahen Betriebsbedingungen getestet werden. Mit dem Rohrreaktor wird es möglich, eine Vielzahl von bekannten Verfahren im großen Maßstab zu optimieren und neue Katalysatoren zu erproben.

Mehr zum Projekt

Verbundvorhaben
DryRef 2 - energieeffiziente Synthesegaserzeugung durch trockene Reformierung im industriellen Maßstab

Teilvorhaben
Umbau und Betrieb Pilotanlage und Prozessauslegung

Förderkennzeichen
03ET1282A

Laufzeit
2015-2017

Projektbeteiligte

Projektleitung
Linde AG

Katalysatorentwicklung
BASF SE

Katalysatorentwicklung
hte GmbH 

Simulationen der Reaktionskinetik
Karlsruher Institut für Technologie (KIT) 

Bereitstellung von Materialien
DECHEMA-Forschungsinstitut

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.