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Carbon2Chem Pilotanlage nimmt Produktion von Methanol aus Hüttengas auf

Redakteur: MA Alexander Stark

Hüttengas aus der Stahlproduktion als Rohstoffquelle für die chemische Industrie erschließen: Das ist Ziel des vom BMBF geförderten Verbundprojekts Carbon2Chem. Seit Juli 2019 produziert eine Pilotanlage des Projekts nun Methanol. Künftig soll sie dazu das Hüttengas des Stahlwerks in Duisburg nutzen.

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Process Sensing Technologies PST GmbH
Fraunhofer UMSICHT
Seit Juli 2019 ist in Oberhausen eine Pilotanlage zur Methanolproduktion in Betrieb.
Seit Juli 2019 ist in Oberhausen eine Pilotanlage zur Methanolproduktion in Betrieb.
(Bild: Fraunhofer Umsicht)

Duisburg – Im September 2018 wurde erstmals Methanol aus Hüttengasen im Technikum am Stahlwerk Duisburg erzeugt. Was im Labormaßstab gelang, wird für die großtechnische Umsetzung vorbereitet: Im Oberhausener Carbon2Chem-Labor forschen die Partner des Konsortiums gemeinsam u.a. an Verfahren zur Gasreinigung sowie zur Produktion von Methanol. An ihr werden Versuche durchgeführt, um die Produktion von Methanol aus Hüttengas aus der Stahlproduktion verfahrenstechnisch simulieren zu können. Diese Modellierung ist wesentlich für die Auslegung und Optimierung der großtechnischen Methanolproduktion, zu der die Pilotanlage am Ende der Versuchsreihen von Oberhausen ins Technikum nach Duisburg umziehen wird. Ab 2020 soll sie dann bis zu 75 Liter Rohmethanol am Tag aus Hüttengasen des Duisburger Stahlwerks produzieren.

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Aktuell wird die Pilotanlage an Gasversorgung und Steuerung erweitert, um Synthesegas mit einem beliebigen Verhältnis zwischen Kohlendioxid und Kohlenmonoxid simulieren zu können. So werden in Oberhausen die natürlichen Schwankungen in der Zusammensetzung von realem Hüttengas nachgebildet, mit denen es die Pilotanlage künftig in Duisburg zu tun bekommen wird.

Darüber hinaus werden zusätzliche Messgeräte installiert. Zum einen handelt es sich dabei um Gasanalysatoren, die die Zusammensetzung des am zukünftigen Standort zugeführten Hüttengases messen und das im Kreis geführte Synthesegas analysieren. Zum anderen wird eine Temperaturmessung entlang der Reaktorachse mit 36 Messstellen installiert, die zukünftig eine detaillierte Auswertung der Katalysatoraktivität über der Reaktorhöhe und der Versuchsdauer erlaubt. Unterstützt wird dies durch die Forschungsaktivitäten des Fraunhofer Umsicht im Rahmen der Digitalisierung verfahrenstechnischer Prozesse im Leistungszentrum Dynaflex.

Was die Pilotanlage auszeichnet

Die Pilotanlage stammt aus der Schweiz und wurde dort für die Umsetzung reinen Kohlendioxids mit Elektrolyse-Wasserstoff zu Methanol konzipiert. Bis auf die mit bis zu 75 Litern pro Tag Rohmethanol (Gemisch aus Methanol und Wasser) im Vergleich zur industriellen Produktion geringen Produktionskapazität weist die Anlage alle wesentlichen Konstruktionsmerkmale einer großskaligen Anlage auf.

Der erste Betrieb der Pilotanlage erfolgte im Juni 2019. In diesem Monat wurde der Reaktor erstmals aufgeheizt und anschließend wurde Katalysator reduziert. Im gleichen Monat wurde die Pilotanlage zum ersten Mal mit Synthesegas betrieben, das wie in der ursprünglichen Auslegung ausschließlich aus Kohlendioxid und Wasserstoff bestand. Nach einer Einlaufphase von ca. 5 Stunden hatte das erzeugte Rohmethanol eine Zusammensetzung bzgl. der Hauptkomponenten von etwa 63 Gewichts% Methanol und ca. 37 Gewichts%Wasser, was genau der für dieses Synthesegas zu erwartenden Zusammensetzung entspricht. Genauere Analysen des flüssigen Produkts werden momentan beim Fraunhofer Umsicht und bei Thyssenkrupp Industrial Solutions durchgeführt.

Die in Oberhausen gewonnenen Ergebnisse bilden die wissenschaftliche Basis für die Arbeiten mit den realen Hüttengasen, die am Rande des Stahlstandorts Duisburg durchgeführt werden. Dort bietet das Technikum direkten Zugang zu realen Hüttengasen und die Möglichkeit, Versuche unter industriellen Rahmenbedingungen durchzuführen.

Das Projekt Carbon2Chem

Das Ziel im Projekt Carbon2Chem ist die Nutzung von CO2-Emissionen als Rohstoffquelle für die chemische Industrie. Dies reduziert die Emissionen am Stahlwerk und den Einsatz fossiler Rohstoffe in der chemischen Produktion. An dem Großprojekt sind 17 Partner aus Industrie und Forschung beteiligt. Gemeiinsam wollen sie eine Technologie erarbeiten, die bei einer großtechnischen Umsetzung ein Vermeidungspotenzial von rund 20 Millionen Tonnen der jährlichen CO2-Emissionen der deutschen Stahlbranche wirtschaftlich erschließen kann. Die Technologie ist auch in anderen CO2-intensiven Industrien einsetzbar.

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