Gemeinsamer Abschlussbericht zum Verbundvorhaben: CO2OL - Katalysator-, Reaktor- und Prozessentwicklung für die direkte Synthese von linearen α-Olefinen aus CO2; Teilprojekt: Synthesereaktor mit gestufter Eduktdosierung und integrierter H2O-Abtrennug; Teilprojekt: Katalysatorentwicklung und H2O-Trennmembranen; Teilprojekt: Herstellung von Trennmembranen für die in-situ H2O- und Olefin-Abtrennung; Teilprojekt: Entwicklung von Membranen und Trennapparaten zur Olefin/Paraffin-Trennug; Teilprojekt: Prozesssimulationen und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung; Teilprojekt: Aufbau und Betrieb des Gesamtprozesses in Form einer Miniplant-Anlage

Abstract

Das CO2OL-Projekt befasste sich mit der direkten einstufigen Synthese von linearen α-Olefinen aus Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasserstoff (H2). Olefine sind etablierte und in großen Mengen hergestellte (Zwischen-)Produkte der chemischen Industrie die bspw. zu Massenkunststoffen wie Polyethylen oder Polypropylen weiterverarbeitet werden. Bisher basiert ihre Herstellung nahezu ausnahmslos auf fossilen Einsatzstoffen. Dementsprechend hoch sind die mit der Olefinproduktion verbundenen Treibhausgas-Emissionen. Im Rahmen des CO2OL-Projektes wurde ein Verfahrensansatz zur Olefinsynthese untersucht, bei dem Wasserstoff (bevorzugt aus der Elektrolyse mit EE-Strom) zusammen mit CO2 mittels einer modifizierten Fischer-Tropsch-(FT)-Synthese mit hoher Selektivität in die Zielprodukte überführt wird. Die Besonderheit ist dabei, dass CO2 ohne die sonst bei der FT-Synthese erforderliche vorherige Erzeugung von Kohlenstoffmonoxid (CO) bzw. Synthesegas (Mischung aus H2 und CO) direkt als Edukt eingesetzt werden kann. Dies sollte durch die Integration einer H2O-selektiven Trennmembran in einen eigens entwickelten katalytischen Festbettreaktor erreicht werden. Durch die kontinuierliche Entfernung von Produktwasser aus dem Reaktionsgemisch verschiebt sich die Gleichgewichtszusammensetzung wodurch sich CO2-Umsatz und Olefinausbeute steigern lassen. Zur Erreichung der o.g. Ziele wurden diverse Arbeiten in insgesamt sechs Arbeitspaketen (AP) durch¬geführt: • AP1: Verbesserung des Katalysatorsystems zur direkten Fischer-Tropsch-to-Olefins (FTO)-Synthese aus CO2 • AP2: Entwicklung von selektiven porösen Membranen zur in-situ H2O-Abtrennung • AP3: Konzeption eines scale-up-fähigen Synthesereaktors mit gestufter Eduktdosierung und integrierter H2O-Abtrennung zur Erhöhung von Umsatz, Selektivität und Flexibilität • AP4: Realisierung eines Trennprozesses für das Paraffin/Olefin-Produktgemisch auf Basis von Membranverfahren • AP5: Konzeption, Bau, Testbetrieb und Optimierung des Gesamtverfahrens • AP6: Bestimmung von CO2-Einsparpotentialen und wirtschaftlichen Faktoren anhand von Prozesssimulationen und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung