At the begin of the 20th century C. Weizmann studied methods for substitution of petroleum, the most important fuel at this time beside coal. His famous work led to the patent about the ABE process [1], producing acetone by clostridium acetobutylicum and beside acetone, butanol (C4 alcohol) and ethanol (C2 alcohol) are created. (Historical: acetone could be used in military applications). The ideas [1] were very fruitful, but the world wars and the huge amount crude oil in Texas started a new period of economic development and growth of the world trade and business. At the end of the 20th century we recognized the limitation of the raw materials. Additional the Diesel technology reached a satisfied region in development the pollution of the exhaust gas. 2005 VOLVO started a project replacing fossil Diesel by Dimethyl ether [2]. This was so successful and it was the prolongation of a development done in 2008 by VOLVO [2]. At this time no heavy truck company was interested. At the end of the project VOLVO entered with the DME trucks successful the US market. The next company testing DME was MACK TRUCK followed two years later FORD. This was the birth of a new market. DME has the advantage to be monomolecular fuel, which can be easy supplied to existing and new Diesel engines. Using the known common rail for DME injected into the combustion chamber of engines it changes the phase from liquid to gas. This important property leads to a dramatic reduction of exhaust gas pollution in carbon monoxide, nitrogen oxide and soot, fine particles.
Inhaltsverzeichnis
1. Introduction
2. Agriculture and Dimethyl Ether
3. Dibutyl Ether
4. Waste Gas from Industry
5. Conclusion
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die Möglichkeiten und Vorteile der Substitution von fossilem Diesel durch Dimethylether (DME) sowie dessen Weiterverarbeitung zu 1-Butanol und Dibutylether. Dabei wird ein integriertes Konzept vorgestellt, das biogene Abfallstoffe mit industriellen Abgasen kombiniert, um eine effiziente und umweltfreundliche Kraftstoffproduktion zu realisieren.
- Historische Entwicklung von Biokraftstoffen und die Rolle des Weizmann-Prozesses
- Prozesskombination von Fermentation und thermochemischer Konversion
- Synthesewege von Dimethylether zu Ethanol und 1-Butanol
- Thermodynamische Eigenschaften und Vorteile von Dibutylether
- Integration von industriellen Abgasen in die nachhaltige Kraftstofferzeugung
Auszug aus dem Buch
Dibutyl Ether
Now the very important ideas of C. Weizmann are taking place. Using dimethyl ether (DME) we can convert dimethyl ether (DME) in very easy way to ethanol. This conversion of dimethyl ether (DME) to ethanol is supported by carbonylation (carbon monoxide) and hydrogenation (hydrogen) over the intermediate product methyl acetate (CH3COOCH3). The conversion process of dimethyl ether (DME) to ethanol is so simple and cheap, that in the next step ethanol can be converted to 1-butanol (sometimes also called n-butanol). Let us remember: the fermentation process based on bacteria clostridium acetobutylicum leads to a combination of acetone, butanol and ethanol, well known as acetone-butanol-ethanol (ABE) process invented by C. Weizmann [ 1 ]. The conversion of dimethyl ether (DME) enables and supports the conversion to ethanol and 1-butanol. The conversion efficiency is in the range of 50% up to 75%. At the end 1-butanol is in our main interest. Polishing 1-butanol by dehydration to dibutyl ether leads to very interesting properties: boiling temperature Tb = 141°C under environment pressure p~ 1[bar], flash temperature Tf = 25[°C], molar weight MZ=130 [g/mol].
Zusammenfassung der Kapitel
Introduction: Dieses Kapitel gibt einen historischen Überblick über die Kraftstoffsubstitution seit Beginn des 20. Jahrhunderts und beleuchtet die technologische Entwicklung von Dimethylether als Alternative zu fossilem Diesel.
Agriculture and Dimethyl Ether: Hier wird erläutert, wie landwirtschaftliche biogene Abfälle durch Fermentations- und thermochemische Konversionsprozesse in Syngas und schließlich in Dimethylether umgewandelt werden können.
Dibutyl Ether: Das Kapitel beschreibt die chemische Umwandlung von Dimethylether zu Ethanol und 1-Butanol sowie die anschließende Dehydratisierung zu Dibutylether unter Angabe der relevanten thermodynamischen Eigenschaften.
Waste Gas from Industry: Es wird dargelegt, wie industrielle Abgase, wie beispielsweise Kokereigas oder Gichtgas, gemeinsam mit Biogas genutzt werden können, um die Wasserstoffproduktion und damit die Methanol- und Dimethylethersynthese effizienter zu gestalten.
Conclusion: Die Zusammenfassung betont das Potenzial der beschriebenen Technologien zur Ablösung des fossilen Zeitalters und deutet die Bedeutung dieser Ressourcen für zukünftige Weltraummissionen an.
Schlüsselwörter
Dimethylether, Dibutylether, Biokraftstoff, Fermentation, thermochemische Konversion, 1-Butanol, Weizmann-Prozess, Syngas, Methanolsynthese, industrielle Abgase, Nachhaltigkeit, chemisches Chemical Looping, Biogas, Biomasse, grüne Technologien
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der nachhaltigen Herstellung von flüssigen Kraftstoffen wie Dimethylether, 1-Butanol und Dibutylether aus biogenen Abfällen und industriellen Abgasströmen als Ersatz für fossilen Diesel.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die Synthesewege von Biomasse zu Kraftstoff, die chemische Weiterverarbeitung von Zwischenprodukten und die Optimierung der Synthese durch die Integration industrieller Abgase.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das primäre Ziel ist es aufzuzeigen, wie durch eine effiziente Kombination von landwirtschaftlichen und industriellen Prozessen der Bedarf an frischer Biomasse gesenkt und die Produktion klimafreundlicher Kraftstoffe maximiert werden kann.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer prozesstechnischen Analyse und der Kombination bekannter chemischer Syntheseverfahren, wie dem ABE-Prozess, der Dampfvergasung und dem Chemical Looping zur Wasserstofferzeugung.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt detailliert die Umwandlungsprozesse von Biogas und festen Abfällen in Syngas, die katalytische Synthese von Dimethylether sowie die spezifischen chemischen Eigenschaften und Syntheseschritte für Dibutylether.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind Dimethylether, Dibutylether, Biokraftstoffe, Syngas, industrielle Abgase, 1-Butanol und der Weizmann-Prozess.
Warum wird Dibutylether als vorteilhaft dargestellt?
Dibutylether weist attraktive thermodynamische Eigenschaften und einen hohen energetischen Wert auf, die ihn zu einer effizienten Alternative im Vergleich zu fossilem Diesel machen.
Welche Rolle spielt CO2 in dem beschriebenen Prozess?
Der Prozess ist so konzipiert, dass er mehr Kohlendioxid verbraucht, als bei der Wasserstofferzeugung entsteht, wodurch er als CO2-Senke fungiert.
- Citar trabajo
- Dr. techn. Johann Gruber-Schmidt (Autor), 2018, Dimethyl ether and Dibutyl ether produced from Biogas and Biomass and Industrial waste gas, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/434510
