Masterarbeit: Reaktionstechnische Untersuchungen und Modellierung der kontinuierlichen Dehydrierung von 1,4-Butandiol in einem Festbettreaktor
Ort: Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN) - Cauerstraße 1, 91058 Erlangen
Beginn: ab sofort
Dauer: 6 Monate
Hintergrund
Flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC) ermöglichen die sichere und effiziente Speicherung von Wasserstoff bei Umgebungsbedingungen, was die Lagerung und den Transport von Wasserstoff in bestehender Infrastruktur für Flüssigkraftstoffe erlaubt. Dabei wird Wasserstoff in einer heterogen katalysierten Reaktion in flüssigen Molekülen gespeichert (Hydrierung). Bei Bedarf kann Wasserstoff erneut in einer heterogen katalysierten Reaktion unter Zufuhr von Wärme aus dem beladenen Trägermolekül freigesetzt werden (Dehydrierung). Während des Speicherzyklus werden die LOHC-Moleküle nicht verbraucht und können daher für viele Speicherzyklen verwendet werden. Ein vielversprechendes und neuartiges LOHC-System ist das Stoffpaar γ-Butyrolacton (GBL) und 1,4-Butandiol (BDO). Bei der Dehydrierung wird BDO zu GBL umgesetzt, wobei zwei Moleküle Wasserstoff freigesetzt werden.
Gegenüber etablierten LOHC-Systemen bietet das BDO/GBL-System mehrere Vorteile:
- BDO kann aus Biomasse hergestellt werden.
- Die Dehydrierung ist bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen möglich.
- Für Speicherung und Freisetzung von Wasserstoff können kostengünstigere Kupferkatalysatoren anstelle von Platinkatalysatoren eingesetzt werden.
Ziel der Arbeit
Ziel der Masterarbeit sind reaktionstechnische Untersuchungen zur kontinuierlichen Dehydrierung von 1,4-Butandiol, um die Grundlage für eine modellgestützte Prozessoptimierung zu schaffen. Hierzu werden zunächst Verweilzeitmessungen am Festbettreaktor mit dem Katalysator durchgeführt und die experimentellen Daten mithilfe von Dispersions- und Tanks-in-Series-Modellen ausgewertet. Außerdem soll die Bildung flüchtiger Nebenprodukte im Wasserstoff-Abgasstrom quantifiziert werden. Hierfür wird ein System zur Probenahme und Analyse entwickelt und eingesetzt. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung von möglichen Stoff- und Wärmetransporteinflüssen auf die Reaktionsgeschwindigkeit. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend auf einen größeren Reaktor in der gleichen Anlage übertragen werden, um erste Scale-up-Aspekte zu untersuchen. Die experimentellen Daten werden genutzt, um die bestehende effektive Kinetik weiterzuentwickeln, mithilfe eines Reaktormodells unter Berücksichtigung der Verweilzeitcharakteristik.
Deine Aufgaben im Rahmen der Masterarbeit
- Literaturrecherche
- Betrieb einer kontinuierlichen Dehydrierungsanlage, einschließlich Vorbereitung der Anlage und Katalysatorwechsel
- Planung, Durchführung und Dokumentation reaktionstechnischer Experimente
- Probenahme und Analyse der Proben mittels Gaschromatografie (GC-FID /-MS)
- Auswertung experimenteller Daten und Fitten von Modellen
- Reaktionstechnische Berechnungen von Prozesskennzahlen wie Umsatz, Selektivität und Produktivität
- Dokumentation der Ergebnisse und Verfassen der Masterarbeit
Dein Profil
- Masterstudium in Chemieingenieurwesen, Verfahrenstechnik oder einem vergleichbaren technischen Studiengang
- Grundkenntnisse in der Reaktionstechnik, idealerweise Reaktionstechnik als Vertiefungsmodul im Masterstudium
- Sehr gute Microsoft-Excel-Kenntnisse (optional: Origin)
- Programmierkenntnisse in Python vorteilhaft
- Vorkenntnisse in heterogener Katalyse wünschenswert
- Laborerfahrung, idealerweise an Labor-Anlagen
- Sehr gute Deutschkenntnisse
- Selbstständige, strukturierte und analytische Arbeitsweise
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Kontakt
Adrian Seitz
Team Lead "Process Design and Intensification"
Raum 4011