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Fischer-Tropsch-Synthese

Reaktoren

In technischen Fischer-Tropsch-Prozessen sind eine Vielzahl von Reaktoren zum Einsatz gekommen. Besonders wichtig ist eine möglichst genaue Temperaturführung bei der stark exothermen Fischer-Tropsch-Reaktion. Diese wird in der Regel mittels Wärmetausch im Reaktor unter Wasserdampferzeugung erzielt.

Reaktoren für Tieftemperatur-FTS

Bei Tieftemperatur-FTS werden sowohl Rohrbündelreaktoren als auch Suspensionsraktoren verwendet.

Rohrbündelreaktor

Im Rohrbündelreaktor befindet sich der Katalysator in Extrudatform (4-5 mm) in den von außen gekühlten Rohren (bis zu 2.000, Länge: 10-12 m, Durchmesser: 3-5 cm), das Synthesegas überströmt das Katalysatorbett von oben nach unten, und gasförmige und flüssige Reaktionsprodukte verlassen den Reaktor bodenseitig.

Suspensionsreaktor

In diesem Reaktor befindet sich der Katalysator in fein verteilter Form (<0,2 mm) im bei Reaktionsbedingungen flüssigen Reaktionsprodukt (Wachs), das Synthesegas wird unten eingedüst und reagiert, während es den Reaktor durchströmt. Bei Reaktionsbedingungen gasförmige Produkte verlassen den Reaktor kopfseitig, während flüssige Produkte nach Filterung seitlich entnommen werden können. Die Wärmeabfuhr erfolgt über Rohrgehänge im Inneren des Reaktors.

Suspensionsreaktoren sind erst in jüngerer Zeit entwickelt worden. Gegenüber Rohrbündelreaktoren zeigen sie jedoch erhebliche Vorteile bezüglich:

  • Temperaturführung (homogene Temperaturverteilung)
  • Katalysatoraustauschbarkeit (möglich während des Synthesebetriebes)
  • Katalysatornutzung (kleine Katalysatorkorngrößen, hohe Porennutzungsgrade)
  • Einfachheit der Bauweise (geringere Investitionskosten)

Reaktoren für Hochtemperatur-FTS

Bei hohen Temperaturen werden nur sehr geringe Mengen von bei Reaktionsbedingungen flüssigen Produkten gebildet. Die Reaktion kann hier deshalb in Wirbelschichtreaktoren durchgeführt werden, die eine sehr gute Temperaturführung ermöglichen. Als Katalysatoren werden feine Pulver von Eisenschmelzkatalysatoren verwendet, welche besonders abriebfest sein müssen, um den Anteil nicht filterbarer Feinstpartikel möglichst gering zu halten. Man unterscheidet Reaktoren mit zirkulierender und stationärer Wirbelschicht.

Zirkulierende Wirbelschicht/Flugstaubsynthese (Synthol-Reaktor)

In diesem Reaktor, der auch als Synthol-Reaktor bezeichnet wird, wird der Katalysator vom einströmenden Synthesegas durch den eigentlichen Fischer-Tropsch-Reaktorteil transportiert, in welchem die Reaktionstemperatur erreicht wird und Wärmetausch erfolgt. Katalysator und Produkte verlassen diesen Reaktorteil kontinuierlich, und der Katalysator wird in einer Abtrenneinheit mittels Zyklonen vom ausströmenden Produktgas getrennt. Der Katalysator sammelt sich dann in einem Standrohr und kann zusammen mit frischem Katalysator erneut dem frischen Synthesegas zugegeben werden.

Stationäre Wirbelschicht

Dieser Reaktor ist als Weiterentwicklung des Syntholreaktors zu betrachten, er wird auch als SAS-Reaktor (Sasol Advanced Synthol) bezeichnet. Der Katalysator wird hier in einer stationären Wirbelschicht gehalten, und das frische Synthesegas strömt ähnlich wie beim Suspensionsreaktor unten über ein Verteilungssystem ein und sorgt für die notwendige Verwirbelung.

In beiden Reaktorsystemen ist ein kontinuierlicher Austausch von gebrauchtem Katalysator möglich. Der SAS-Reaktor hat gegenüber dem Synthol-Reaktor jedoch folgende Vorteile:

  • geringere Anlagenkosten (Reaktorgröße)
  • geringerer Katalysatorabrieb und -verlust
  • geringerer Druckverlust (Kompressionskosten)
  • besseres Regelverhalten
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