Hydrotreatment von Öl aus der thermo-katalytischen Reformierung von biogenen Reststoffen

Neue Richtlinien der Europäischen Union zur CO2-Minderung bzw. zum Zusetzen eines biogenen Anteils zu Kraftstoffen, treiben die Erforschung neuer Möglichkeiten zur Erreichung dieser Klimaziele voran. Der Thermo-Catalytic Reforming Prozess (TCR) liefert den Grundstein für die Produktion erneuerbarer Kraftstoffe und Chemikalien. Biogene Reststoffe werden thermochemisch zu Bioöl, wasserstoffreichem Gas und Kohle umgesetzt. Abgesehen von den Bestandteilen Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff eignet sich das Bioöl zur Kraftstoffherstellung. Die Entfernung dieser Heteroatome mittels Hydrotreatment wird unter verschiedenen Prozessparametern und unter Einsatz unterschiedlicher Katalysatoren wie Ru/C und Kobalt, Molybdän, Nickel und Wolfram auf Trägermaterialien wie Al2O3, H-ZSM-5, Aktivkohle sowie TCR-Kohle in der vorliegenden Arbeit untersucht. Zusätzlich wird das TCR-Gas zur Aufbereitung verwendet. Die höchsten Heteroatomumsätze sind beim Ru/C-Katalysator zu beobachten. Die hohe Aktivität führt jedoch auch zu den höchsten Ausbeuteverlusten. Die Kombinationen von Kobalt und Molybdän sowie Nickel und Molybdän auf Aluminiumoxid in sulfurierter Form zeigen ähnlich hohe Umsätze bei deutlich höheren Ausbeuten. Aktivkohle und H-ZSM-5 zeigen ohne Metallimprägnierung eine niedrige Aktivität, während die TCR-Kohle circa 1/3 der Heteroatome bei minimalen Verlusten umsetzt. Umgekehrt führt die Metall-dotierung bei den anderen Trägermaterialien zu signifikanten Umsatzsteigerungen, während der Umsatz mit beladener TCR-Kohle nur leicht ansteigt. Das Hydrotreatment mit TCR-Gas führt zu Umsätzen von etwa 40 %. Die abschließende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung empfiehlt die Verwendung des TCR-Gases zur Vorhydrierung, da sie den größten ökonomischen Vorteil bietet.

Since the European Union has been drawing up guidelines for reducing CO2 and adding biogenic pendants to fossil fuels, new approaches for reaching these climate targets need to be developed. The Thermo-Catalytic Reforming (TCR) process offers the opportunity to generate renewable fuels and chemicals. Therefore, biological residues are thermo-chemically converted into bio-oil, hydrogen rich gases, and coal. Due to included sulfur, nitrogen, and oxygen, catalytic hydrotreatment is the chosen process to upgrade the bio-oil and produce renewable fuels. Process parameters and various catalysts like Ru/C and nickel, molybdenum, cobalt, and tungsten on Al2O3, H-ZSM-5, activated carbon and TCR-coal as support materials are tested. The highest heteroatom conversion rate is determined with Ru/C catalyst. However, the high activity also results in high mass loss. The combination of cobalt or nickel and molybdenum on alumina in sulfured form show similar conversion results, but lower mass loss than the Ru/C catalyst. The support material itself does not reveal any activity. Except for TCR-coal, which removes 1/3 of the heteroatoms. Vice versa, the impregnation with metal salts leads to a significant increase of the heteroatom turnover except for the TCR-catalyst. The utilization of the TCR-gas instead of hydrogen leads to 40 % heteroatom turnover and a minimal mass loss. In conclusion, the economic analysis results in the application of TCR-gas for a first hydrotreatment step, as it is the most profitable approach.