Regeneration von Katalysatoren der Niedertemperaturkonversion

Das Projekt ist Teil des Verbundprojektes 5 Niedertemperaturkonversion innerhalb des Regionalen Wachstumskerns Innovative Braunkohlen Integration in Mitteldeutschland  (ibi). Dieser Wachstumskern adressiert die Forschung und Entwicklung von Technologien zur komplexen stofflichen Nutzung von Braunkohle. Ein entscheidendes Glied der Prozesskette sind hierbei Technologien für eine milde Konversion der Braunkohle mit dem Ziel Basischemikalien auf direktem Wege zu gewinnen. Die unter Niedertemperaturkonversion zusammengefassten Verfahren zeichnen sich durch einen geringen Prozessenergiebedarf und folglich geringe prozessbedingte CO2-Emissionen aus.
Im Verbundprojekt 5 werden die Niedertemperatur-Konversionsprozesse Katalytische Spaltung sowie Reaktivextraktion untersucht. Die katalytisch gesteuerte Spaltung von Braunkohle nutzt die selektive Wirkung von Katalysatoren für die direkte Gewinnung von Chemierohstoffen aus Braunkohle ohne externe Zufuhr von Wasserstoff im Temperaturbereich 350 °C bis 500 °C.  
Ein innovativer Ansatz des Verbundprojektes besteht in der Verwendung von Katalysatoren, die in Form aufkristallisierter Schichten auf kugelförmige Trägermaterialien eingesetzt werden. Die Verwendung solcher Katalysatorformkörper in einem Drehrohr- oder Kugelumlaufreaktor stellt für die Katalysatorformkörper eine besondere Beanspruchung dar. Zu den klassischen Szenarien der Katalysatordeaktivierung kommen noch mechanischer Abrieb der aufkristallisierten Schicht, sowie mechanisches Verstopfen der Makroporen der Katalysatorformkörper mit festen oder bei Reaktionstemperatur flüssigen/pastösen Kohlebestandteilen (Asche/Teer) und Konversionsprodukten hinzu. Ob und ggf. unter welchen Bedingungen eine Beseitigung dieses erwarteten Verstopfens möglich ist, ist bisher nicht untersucht worden. Für eine Eingrenzung der prinzipiellen Möglichkeiten der Regeneration ist es deshalb erforderlich, die möglichen Deaktivierungsszenarien am konkreten Material möglichst quantitativ festzustellen und nach Regeneration zu beurteilen, an welchen Orten die jeweils gewählte Regeneration angreift.Das Ausmaß der Deaktivierung kann pauschal über die Aktivitätsabnahme für eine einfache Modellreaktion, der Ort der Deaktivierung über eine umfassende Analyse von Porenradienverteilungen und Porenvolumina und/oder die vergleichende Analyse der katalytischen Aktivitäten für unterschiedlich große Modellsubstrate quantifiziert werden.    
Bezüglich der Regeneration an sich stehen neben den prinzipiell bekannten Verfahren des kontrollierten Abbrennens kohlenstoffhaltiger Rückstände auch das Lösen teeriger Rückstände in geeigneten Lösungsmitteln bis hin zu überkritischen Bedingungen und mechanische Verfahren (Ultraschall) zur Entfernung von Aschebestandteilen zur Verfügung.
Die technische Umsetzung der Niedertemperaturkonversion ist nur möglich, wenn Konzepte zur Regeneration deaktivierter Katalysatoren entwickelt und hinsichtlich Standzeit und Gesamtlebensdauer der Katalysatoren optimiert werden. Eine ausreichende Regenerierbarkeit und Gesamtlebensdauer des Katalysatormaterials, sowie ggf. eine Wiederverwertung ist für die Stoff- und Energiebilanzierung des Verfahrens, sowie für die wirtschaftliche Betrachtung essentiell.