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Selektivoxidation von Naphthalin in CO/H2-Mischungen an Mo/V/W-Mischoxiden

Herrmann, Sonja :
Selektivoxidation von Naphthalin in CO/H2-Mischungen an Mo/V/W-Mischoxiden.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2008)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Selektivoxidation von Naphthalin in CO/H2-Mischungen an Mo/V/W-Mischoxiden
Language: German
Abstract:

Die Entwicklung effizienter und nachhaltiger Verfahren zur Herstellung von Biokraftstoffen der 2. Generation ist eine der wesentlichen Herausforderungen zu Beginn des 21. Jahrhunderts. Im ersten Schritt dieser sog. Biomass-to-Liquid-Verfahren wird die Biomasse in einem Vergaser zu Synthesegas umgewandelt. Vor der Kraftstofferzeugung mittels Fischer-Tropsch, Methanol- oder Dimethylethersynthese muss jedoch eine Reinigung des Rohgases stattfinden. Eine wesentliche Verunreinigung des Gases stellt der während des Vergasungsprozesses entstehende Teer dar. Neben der Desaktivierung der Katalysatoren in der nachfolgenden Synthesestufe, kondensiert der Teer bei Abkühlung des Synthesegases, führt zur Bildung von Ablagerungen in den Anlagen und zu einer verminderten Synthesegasausbeute. Um den Gesamtprozess energieeffizient zu gestalten wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine Methode der Teerentfernung entwickelt, die im heißen Rohgas im Temperaturbereich von 400 bis 900 °C durchgeführt werden kann und zugleich die erforderliche Reinheit des Gases für die nachfolgende Kraftstoffsynthese gewährleistet. Zunächst wurde das Potenzial eines Mo8V2W1Ox-Mischoxidkatalysators für die selektive Teeroxidation in einer Thermowaage untersucht. Anhand Temperaturprogrammierter Reduktionen des im oxidierten Zustand befindlichen Katalysators mit CO, H2, und der Teermodellsubstanz Naphthalin wurde dabei festgestellt, dass der verwendete Katalysator keine Aktivität bezüglich der Oxidation von CO, nur eine geringe Aktivität bezüglich H2, jedoch eine sehr hohe Aktivität bezüglich Naphthalin aufweist. Ausgehend von diesen Untersuchungen wurden an einer Katalysatorschüttung im Strömungsrohrreaktor in Gegenwart von Sauerstoff Temperaturprogrammierte Reaktionen mit massenspektrometrischer Online-Gasanalyse durchgeführt. Es konnte der vollständige Naphthalinumsatz bei Temperaturen oberhalb von 412 °C beobachtet werden. Im gleichen Temperaturbereich traten keine Oxidation von CO und nur eine geringe Oxidation von H2 auf. Allerdings werden neben den Totaloxidationsprodukten CO, CO2 und H2O auch partiell oxidierte Produkte wie Maleinsäureanhydrid und Phthalsäureanhydrid gebildet. Die mechanische Mischung des Katalysators mit Natriumcarbonat führt zu einer Optimierung der katalytischen Eigenschaften des Mischoxidkatalysators. Hierdurch unterbleibt die Desorption der partiell oxidierten Zwischenprodukte, die in einer Folgereaktion am Katalysator vollständig zu CO, CO2 und H2O reagieren.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The development of efficient and sustainable technologies for the production of biofuels of the second generation is one of the fundamental challenges of the beginning 21st century. In the first step of the so called Biomass-to-Liquid processes the biomass is transformed to syngas in a gasifier. Prior to fuel generation via Fischer-Tropsch, methanol or dimethyl ether synthesis a purification of the raw gas must take place. A main impurity of the gas is the tar formed during gasification. Besides desactivation of the catalyst in the following synthesis step, the tar condenses during cooling down of the syngas, leading to the formation of scaling in the plant and to a reduced syngas yield. In order to develop a energy efficient technology this work focuses on the development of a method for tar removal that can be performed at temperatures between 400 and 900 °C while providing the required syngas purity for the subsequent fuel synthesis. First the potential of a Mo8V2W1Ox mixed oxide catalyst for selective tar oxidation was investigated using a thermo balance. By means of temperature programmed reductions of the oxidised catalyst with CO2, H2 and tar model compound naphthalene no activity regarding the oxidation of CO, only minor activity regarding the oxidation of H2, but high activity for naphthalene oxidation was determined. Based on these studies temperature programmed reactions in the presence of oxygen were performed employing a catalyst bed in a plug flow rector equipped with an online mass spectrometer. The complete conversion of naphthalene was observed at temperatures above 412 °C. In the same temperature range no oxidation of CO and only a marginal oxidation of H2 occurred. Apart from the total oxidation products CO, CO2 and H2O partial oxidised products as maleic anhydride and phthalic anhydride were formed, though. Mechanical mixing of the catalyst with sodium carbonate lead to an optimization of the catalytic properties of the mixed oxide catalyst. Through this the desorption of the partial oxidised intermediate products did not occur as they were converted to CO, CO2 and H2O in a consecutive reaction.English
Uncontrolled Keywords: Biomass-to-Liquid, Biokraftstoffe
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Biomass-to-Liquid, BiokraftstoffeGerman
Biofuel, Biomass-to-Liquid, Gasification, Synthesis Gas, Mixed Oxide, Selective Oxidation, NaphthaleneEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: Fachbereich Chemie
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:53
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000945
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-9452
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Albert, Prof. Dr. Barbara
Advisors: Vogel, Prof. Dr.- Herbert
Refereed: 26 November 2007
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/945
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