Chemische Technik

Question 1

Nennen Sie die wichtigsten Rohstoffe und dazugehörigen Verfahren zur Synthesegaserzeugung.

Answer 1

• Erdgas – Steam Reforming
• Schweröl – Partielle Oxidation
• Kohle – Partielle Oxidation
• Biomasse Autotherme Luftvergasung / Wasserdampfvergasung

Question 2

Welche Verfahrensarten kennen Sie, um CO2 abzutrennen?

Answer 2

• Absorption (chemisch, physikalisch)
• Adsorption (Adsorber-(wirbel-)schichten, Regenerative Methoden)
• kryogene Trennung
• Membranen (Trennung, Absorption, keramische Systeme)

Question 3

Welche Gaskomponenten werden durch das Rectisol©-Verfahren hauptsächlich abgetrennt und wie können diese weiterverwendet werden?

Answer 3

• CO2 , Schwefelfrei, deswegen Weiterverwendung beispielsweise zur Produktion von Harnstoff oder Abgabe an Atmosphäre
• H2S, Gewinning von reinem Schwefel mit Claus-Verfahren

Question 4

Was geschieht mit verbleibendem SO2 des Claus-Prozesses?

Answer 4

Es wird hydriert und wieder in den Claus-Prozess zurückgeführt. Dieses Verfahren wird Shell Claus-Gas Treating (SCOT) genannt.
SO2 + 3H2 -> H2S + 2H2O deltaH= -339, 6 kJ/mol

Question 5

Wofür wird Wasserstoff verwendet?

Answer 5

• ca. 50 % für die Ammoniaksynthese
• ca. 25 % für Erdölraffinerien (Hydrocracking/-treating)
• ca. 20 % in organischer Synthesechemie (Methanol, Oxosynthese)

Zukunftsvision: Emissionsfreier Brennstoff für Brennstoffzelle

Question 6

Was sind wesentliche Prozessvariabeln der Fischer-Tropsch-Synthese und welche Katalysatoren werden eingesetzt?

Answer 6

• Temperatur
• Druck
• H2:CO - Verhältnis
• Raumgeschwindigkeit
• Umsatz pro Durchgang/ Kreislaufverhältnis

Katalysatoren: Fe, Co, Ni, Ru

Question 7

Ordnen Sie den unterschiedlichen Fischer-Tropsch-Synthesearten ihre Prozessparameter zu und nennen Sie die Produkte.

Answer 7

Hochtemperatur-Synthese:	
• Prozesstemperatur: 300-350 °C
• Fe- Katalysatoren
• Druck: 10-40 bar
• Stationäre oder zirkulierende Betten
• Produkte: v.A. Benzin und leichte Olefine

Niedrigtemperatur-Synthese
• Prozesstemperatur: 200-250 °C
• Fe- oder Co-Katalysatoren
• Druck: 10 - 40 bar
• Rohrbündel- oder Slurryreaktoren
• Produkte: v.A. Diesel, Öle und Wachse

Question 8

Vergleichen Sie die Reaktionsbedingungen der verschieden Methanolysnthesearten.

Answer 8

Hochdrucksynthese (historisch):
• 250 – 350 bar
• 300 – 400 °C
• Zinkoxid-Katalysatoren mit Chromoxidzusätzen (10 – 30 %)
• unempfindlich gegen Schwefel (bis 30 ppm)

Niederdrucksynthese:
• 40 – 100 bar
• 220 – 270 °C
• Katalysator: Cu: 15 – 90 %, Zn: 8 – 60 %, Cr: 0 – 30 %, V: 1 – 25 %, Mn: 10 – 50 %
• empfindlich gegenüber Chlor und Schwefel (< 1 ppm)

Question 9

Dimethylether ist ein hochentzündliches Gas, das für welche Zwecke benutzt werden kann?

Answer 9

• Lösungsmittel
• Treibgas für Spraydosen
• Kältemittel in Mischung mit Ammoniak
• Brennstoff als Ersatz für Flüssiggas
• Kraftstoff als Ersatz für Diesel (ähnliche Verbrennungseigenschaften, hohe Cetanzahl, günstige Emissionen)

Question 10

Wie läuft der Prozess der Methanisierung ab?

Answer 10

1) Rohstoffvergasung
2) Abreinigung von Partikeln, Schwefel- und Chlorverbindungen
3) Kohlendioxidabtrennung
4) Methanisierung
5) Abtrennung von H2 und CO2 (Anteil bis zu 50 %) aus Produktgas

Reaktionen:
CO + 3H2 -> CH4 + H2O deltaH= -217 kJ/mol
CO + H2O -> CO2 + H2 deltaH= -40,9 kJ/mol

Question 11

Nennen Sie fünf Folgeprodukte von Kohlenmonoxid.

Answer 11

• Methanol
• Methan
• Benzin, Olefine, Paraffine
• Aldehyde
• Carbonsäure
• Alkohole
• Acrylsäure

Question 12

Von welchen Faktoren hängt die Kettenlänge und Kettenverzweigung der erzeugten Kohlenwasserstoffe in der FT-Synthese ab?

Answer 12

• Kettenlänge: Eingesetzter Katalysator und Verfahren

* Kettenverzweigung: Temperatur, H2:CO Verhältnis

Question 13

Stellen Sie die Reaktionsgleichung einer Wassergas-Shift-Reaktion auf.

Answer 13

CO + H2O –> H2 + CO2

Question 14

Wie laufen die Reaktionen beider Schritte im Claus-Verfahren ab?

Answer 14

1) 2H2S + 3O2 -> 2SO2 + 2H2O deltaH= -4147,2 kJ/mol

2) 2H2S + SO2 -> 3S + 2H2O deltaH= -1165,6 kJ/mol

Question 15

Nennen Sie die wichtigsten Routen der Synthesegaserzeugung

Answer 15

Erdgas –Steam Reforming – CH4 + H2O –> CO + 3 H2
KW allgemein –Steam Reforming – -CH2- + H2O –> CO + 2 H2
Schweröl – Partielle Oxidation – 2-CH2- + H2O + 1/2 O2 –> 2CO + 3 H2
Kohle – Partielle Oxidation – 2-C- + H2O + 1/2 O2 –> 2CO + H2
Biomasse – Autotherme Luftvergasung –> CO + H2
und – Wasserdampfvergasung –> CO + 1,5 - 2 H2

(Vgl. Abbildung)

Question 16

Skizzieren Sie die Syntheserouten der DME -Herstellung

Answer 16

Syntheseroute 1:
3 CO + 3 H2 -> CH3OCH3 + CO2
• 2CO + 4 H2 -> 2 CH3OH
• 2 CH3OH -> CH3OCH3 + H2O
• CO + H2O -> CO2 + H2

Syntheseroute 2:
2CO + 4H2 -> CH3OCH3 + H2O
• 2 CO + 4 H2 -> 2 CH3OH
• 2 CH3OH -> CH3OCH3 + H2O

Syntheseroute 1 hat höhere Konversionsraten und erzeugt CO2 als Nebenprodukt, welches die Standzeit des Katalysators weniger beeinträchtigt als Wasser (Nebenprodukt Route 2)

Question 17

Nach welcher Grundreaktion läuft die Fischer - Tropsch - Synthese ab?

Answer 17

2n H2 + n CO -> (-CH2-)n + n H2O

Question 18

Nennen Sie reaktionsfördernde Parameter für die Methanolsynthese und die ablaufende Reaktion

Answer 18

Hauptreaktion:
CO + 2 H2 -> CH3OH deltaH= -91 kJ/mol
CO2 + 3 H2 -> CH3OH + H2O deltaH= -50 kJ/mol

Parameter:
• hoher Druck, niedrige Temp.
• niedriger Inertgasanteil
• hohes CO/CO2-Verhältnis
• niedriger CO3OH-Partialdruck