Entwicklung und Modellierung eines Verfahrenskonzepts zur Kopplung von Biogaserzeugung und Fischer-Tropsch-Synthese für die Herstellung chemischer Produkte

In dieser Arbeit wird ein stationäres Modell eines verfahrenstechnischen Prozesses zur Kopplung von Biogaserzeugung und Fischer-Tropsch-Synthese erstellt und untersucht. Dazu wird die kommerzielle Software Simulink und das freie Toolkit Cantera genutzt. Die Teilprozesse Biogas-Reformierung und Fischer-Tropsch-Synthese sowie alle weiteren Aggregate werden von Grund auf modelliert. Für die Reformierung werden die Betriebsarten Dampfreformierung und partielle Oxidation implementiert und die Einstellung des chemischen Gleichgewichts angenommen. Die Fischer-Tropsch-Synthese wird für Alkane und mit konstanter Kettenwachstumswahrscheinlichkeit implementiert. Das modellierte Produktspektrum wird ab C29 durch die Ersatzkomponenten C30 und C40 dargestellt. Basierend auf einer Untersuchung existierender Biomass-to-liquid- und Gas-to-liquid-Prozessmodelle wird eine Prozessführung für den Einsatzstoff Biogas entworfen und untersucht. Die Variation grundlegender Prozessparameter und die Variation der Prozessführung hinsichtlich der Druckerzeugung zeigen Tendenzen für die weitere Prozessentwicklung auf. Aus den Ergebnissen wird ein Konzept für die Anwendung am Ort der Biogaserzeugung abgeleitet.

In this thesis, a steady-state chemical process model of integrated biogas production and Fischer-Tropsch synthesis is being made up and analysed. For this purpose, the commercial software Simulink and the free toolkit Cantera is used. The process units of biogas reforming and Fischer-Tropsch synthesis, and all necessary unit operations are being modeled from scratch. For reforming, both steam reforming and partial oxidation are implemented assuming that chemical equilibrium is reached. Fischer-Tropsch synthesis is implemented for alkanes and with constant chain growth probability factor. The modeled product spectrum is, from C29 on, represented by the substitute compounds C30 and C40. Based on a study of existing biomass-to-liquid and (natural) gas-to-liquid process models, a process integration for biogas input is being designed and analysed. Variations of fundamental process parameters and of process integration regarding pressurisation show tendencies for further process development. From the results, a process concept for application on the biogas production site is being deduced.