Desaktivierungsverhalten modifizierter H-ZSM-5-Zeolithe im ETH-Prozess: Mechanismus, Steuerung und Kontrolle

• Antragsteller: Professor Dr. Wladimir Reschetilowski
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269574272

Eine unsubventionierte Förderung der anwachsenden Bioethanolbranche durch die Anknüpfung an hoch effiziente Erdölraffinerieprozesse und deren Abkopplung vom Nahrungsmittelmarkt trägt nicht nur zur Verbesserung der Umweltbilanz der Chemieindustrie bei, sondern erleichtert auch ihren Übergang beim Rohstoffwandel von fossilen zu regenerativen Kohlenstoffquellen.Der in letzter Zeit verstärkt untersuchte ETH-Prozess (ethanol to hydrocarbons) bietet diesbezüglich das enorme Potential, mit Hilfe theoretischer Vorüberlegungen und verschiedener bilanzierender und quantenchemischer Modellierungsansätze Optimierungsstrategien zu entwickeln, um von mechanistischer und struktureller Seite begründbare Standzeit- und Selektivitätsverbesserungen am H-ZSM-5-basierenden Katalysatorsystem zu erreichen.Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erforschung von wissenschaftlichen und praxisrelevanten Grundlagen zur gezielten Einflussnahme auf das Desaktivierungs-, Verkokungs- und Regenerierungsverhalten eines zeolithischen Katalysatorsystems im ETH-Prozess durch das Wechselspiel von Ethen, Ethanol und Wasser am katalytisch aktiven Aufbauzentrum. Damit dient die Entwicklung eines langzeitstabilen Katalysatorsystems der Effizienzsteigerung eines auf spezielle Produktfraktionen optimierten ETH-Prozesses mit Hilfe gezielter Strategien und daran anknüpfender Kollisionsexperimente. Im Anschluss ist die Verwendung von Ethanol-Wasser-Gemischen als Einsatzprodukt vorgesehen, um den Einfluss der Wasserfracht auf das Reaktionsgeschehen näher untersuchen zu können. Als Folge werden danach auch reale, lediglich grob mechanisch gereinigte Fermentbrühen unterschiedlicher Herkunft zum Einsatz kommen, um das Potential einer kosten- und energieeffizienteren, direkten Verwendung von Bioethanol ohne Rektifikationsstufe im ETH-Prozess zu beleuchten. Um mechanistischen Einflüssen der Schlüsselkomponenten Ethen und Wasser, wie sie in absolutem Ethanol im gleichen Verhältnis vorhanden sind, gezielt auf den Grund zu gehen, sollen ausgewählte katalytische Versuche auch mit Ethen-Wasser-Gemischen durchgeführt werden.Für das tiefere Verständnis der Struktur-Wirkungs-Beziehungen dienen festkörperanalytische und physikalisch-chemische Charakterisierungsmethoden in Kombination mit katalytischen Untersuchungen im Integraldurchflussreaktor, die durch unterschiedliche Modellierungsansätze bilanzierender und quantenchemischer Natur ergänzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen