bioliq-Anlage am KIT zur Umsetzung von Rest- und Abfallstoffen zu Kraftstoffen und Zwischenprodukten der chemischen Industrie. Copyright: KIT.

Der am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelte bioliq®-Prozess dient der Umwandlung von Biomasse in synthetische Kraftstoffe. Die Pilotanlage dazu ist zugleich auch Forschungsplattform für die weitere Entwicklung der eingesetzten Technologien und erzeugten Produkte. Lignocellulose Biomasse wird durch Schnellpyrolyse in energiedichte Zwischenprodukte umgesetzt, die mittels Hochdruck-Flugstromvergasung in Synthesegas umgewandelt werden. Nach einer Hochdruck-Hochtemperatur-Gasreinigung erfolgt die Synthese von Methanol und Dimethylether, die im nächsten Schritt zu Benzin umgewandelt werden. Partner bei Errichtung und Betrieb von Pyrolyse und Synthesegaserzeugung sind Air Liquide Global E&C Solutions und Chemieanlagenbau Chemnitz für die Kraftstoffsynthese. Im Rahmen des vom Land Baden-Württemberg geförderten reFuels-Projekts wird das Benzin zu normgerechten Kraftstoffblends verarbeitet, die in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern getestet und weiter verbessert werden.

Conversion of ethanol to hydrocarbons as drop-in feed for petrochemical industry is a sustainable alternative to current conversion of gas, oil, and coal. Kinetic modeling of deactivation by coke and shifting selectivity is a powerful tool to control and to understand the conversion process and selective product formation.

Artificial neural networks are designed and used to model the direct DME synthesis from syngas over a commercial dual catalyst system at high pressure. The network predictions are evaluated by comparison with experiments and simulations conducted with a lumped kinetic model that was parameterized to fit the same data used for training the network.

For the further development of methane pyrolysis processes, which are an important component in the generation of emission-free hydrogen, reactor concepts are designed. Here, CFD simulations are used to investigate reactors with a liquid wall film and a concept for methane halogenation.

In ersten Versuchen konnten Wärmedämmverbundsysteme durch mechanische Prozessschritte aufgeschlossen und der komplexe Verbund getrennt werden. Damit die erhaltenen Sekundärrohstoffe für eine Wiederverwertung geeignet sind, wurden die individuellen erhaltenen Stoffströme auf Sortenreinheit, Spurenelemente wie Schwermetalle und etwaige Schadstoffe wie das Flammschutzmittel HBCD überprüft.

Für den stationären Siebklassierprozess wird eine neue Trennfunktion vorgestellt. Sie ist eine Funktion der Partikelgröße, der Trennschärfe und einer neu eingeführten Trenneffizienz β. Diese Funktion wurde mit verschiedenen Partikelsystemen validiert und zeigt sowohl bei partikulären Systemen mit enger als auch mit breiter Partikelgrößenverteilung des Aufgabegutes sehr gute Ergebnisse.

A CFD model of a microstructured membrane reactor with integrated fluid guiding elements for the direct synthesis of hydrogen peroxide is developed and implemented in the form of a customized solver in OpenFOAM®. To optimize the process window of the operational and design parameters, the impact of the insert's geometry on the reactor's performance is investigated.

A mixing-sensitive reaction system consisting of acid-catalyzed hydrolysis of 2,2-dimethoxypropane and a neutralization reaction was performed in three polyimide-based micromixing structures. Evaluating mixing quality, a power law regression of the acetone yield over the specific energy dissipation rate revealed similar mixing time scale for all microstructures.

An automated calibration method was developed for isoperibolic operation mode of a microfluidic reaction calorimeter in continuous flow with commercially available glass plate microreactors. This presented method is validated by neutralization reaction experiments.

Many modern processes are catalyzed heterogeneously. In order to be able to develop sustainable processes, the mechanical stability of the catalysts is of great importance. This study describes the development of a vibration and fluid-mechanical quick test as well as the investigation of the emitted particle distributions.

This study reflects upon the potential of electrically heated reactors either for endothermal processes or for shortening the light-off time of catalytic converters. In this context, the topic is exemplified by an exhaust gas aftertreatment system for passenger vehicles.

Hot spot formation and reactor performance is studied for fixed-bed and membrane reactors of various scales, applied to the oxidative dehydrogenation of propane to propene. As a new degree of freedom, the influence of the membrane flow temperature is investigated for large-scale applications.

Digital image processing (DIP) is presented as an optical evaluation method. This non-invasive method is needed to study biocatalytic gas-liquid reactions with color change in straight and coiled capillaries. These investigations will help to get more information about mass transport phenomena in two-phase Taylor flow.

In the present work, the influence of the fluid dynamic conditions on the selectivity in fast gas-liquid consecutive competitive reactions is evaluated. Therefore, integral and local selectivity is introduced, and remaining challenges are discussed.

Immobilization of β-galactosidase offers a sustainable production strategy for the synthesis of prebiotic galacto-oligosaccharides from lactose. Methacrylate-based convective interaction monoliths used as pore-through-flow enzyme reactors were investigated in different configuration to characterize kinetic parameters and enzyme activity.

Poly(oxymethylen)dimethylether (OME) verbrennen nahezu rußfrei und sind aufgrund der daraus resultierenden erheblichen Reduktion von lokalen Emissionen als Dieselkraftstoffe im Gespräch. Diese Arbeit stellt experimentelle Ergebnisse zur Bildung von Nebenprodukten unter industriellen Prozessbedingungen der OME-Synthese vor.

In a new on-site laboratory, Clariant's industrial methanol catalyst MegaMax®800 is tested with real synthesis gas generated from steel mill gas streams. In the scope of long-term tests, the effect of trace compounds and particular properties of the steel mill gases on the catalyst's stability and performance is investigated.