Mixed Alcohols Conversion to Olefins over H-ZSM-5 Catalyst

Die Methanol-to-Hydrocarbons-(MTH)-Reaktion ist ein etablierter Reaktionsweg, um aus Methanol (MeOH) Kohlenwasserstoffe mit hoher Kohlenstoffeffizienz herzustellen. Die Produkte variieren dabei von C2-C3-Olefinen bis hin zu Kohlenwasserstoffen im Benzinbereich. Durch weitere Prozessschritte können aus den Produkten auch nachhaltige Flugzeugkraftstoffe hergestellt werden. Klassisch besteht das Reaktionsgemisch aus MeOH, das aus Erdgas gewonnen wird. Durch den Einsatz von grünem MeOH aus Biomasse kann das Emissionspotenzial des Prozesses deutlich gesenkt werden. Für biomassebasierte Alkoholmischungen, die neben MeOH höhere Alkohole enthalten, liegen bisher wenige Untersuchungen vor. In dieser Arbeit wird der Effekt von Propanol (PrOH) im Reaktantengemsich auf die MTH-Reaktion getestet, da es als das Hauptnebenprodukt in der nachhaltigen Alkoholsynthese unseres Projektpartners BEST – Bioenergy and Sustainable Technology GmbH identifiziert wurde.Die Experimente wurden in einem Festbettreaktor bei 420 °C und atmosphärischem Druck durchgeführt. Als Katalysator wurde ein kommerzieller H-ZSM-5 Zeolith (Si/Al ratio = 45) verwendet. Das Reaktantengas besteht aus Stickstoff, gesättigt mit MeOH, PrOH oder Mischungen aus diesen beiden Alkoholen. Dabei wurden entweder die Kontaktzeit oder die Reaktantenzusammensetzung variiert.Der Zusatz von PrOH führte zu deutlichen Änderungen der Produktverteilung. Im Vergleich von reinem MeOH, Mischungen und reinem PrOH zeigten nur PrOH-haltige Zulaufgasströme höhere Ausbeuten an stark nachgefragten Olefinen, insbesondere C4-Olefinen, und höhere Ausbeuten an C5-Verbindungen. Mit steigender Kontaktzeit nahm die Bildung unerwünschter Alkane, unabhängig vom Reaktantengemisch zu. Der Grund dafür sind wahrscheinlich Wasserstoffübertragungsreaktionen zwischen Olefinen. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die gleichzeitige Anwesenheit von MeOH und PrOH in den Mikroporen des Zeoliths den Reaktionsmechanismus und die Produktselektivität maßgeblich beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen zudem, dass eine Anpassung der MeOH- und PrOH-Konzentrationen im Reaktionsgemisch die Produktselektivität auf die gewünschten olefinischen Produkte verlagern kann, da diese die Produktverteilung maßgeblich beeinflussen.