Liquid fuel production from biomass gasification product gas of the biomass gasifier at Güssing/Austria - Catalyst characterisation, desing, construction and operation of a Fischer Tropsch pilot plant

Abstract

Eine Fischer Tropsch Versuchsanlage wurde geplant, errichtet und betrieben in Güssing (Österreich). Es wurden Langzeitversuche mit dem Produktgas des Biomassedampfvergasers durchgeführt. Verschiedene Katalysatoren für die Fischer Tropsch Synthese wurden charakterisiert und getestet. Die hergestellten Fischer Tropsch Produkte wurden analysiert, unter anderem auf den Einsatz in Verbrennungs-kraftmotoren. Begleitend zu der Versuchsanlage in Güssing wurde ein Kaltmodell zum 3-Phasen-Strömungsreactor (Slurry-Reactor) errichtet. Eine Analysenmethode wurde entwickelt um die Katalysatorverteilung im Slurryreaktor zu beurteilen. Die Analysenergebnisse von den Fischer Tropsch Produkten, hergestellt von Kobalt basierenden Katalysatoren, ergeben einen qualitativ hochwertigen Kraftstoff. Die Eigenschaften des Kraftstoffes bei niedriger Temperatur müssen jedoch noch durch weitere Verfahrensschritte verändert werden um alle Anforderungen für Dieselkraftstoffe zu erfüllen. Eine weitere entscheidende Erkenntnis ist der Bedeutung von einer Produktgasreinigung um den Katalysator vor Vergiftung zu schützen. Es wurde erkannt dass die Konzentration an Schwefelverbindungen im Synthesegas unter 10 ppbv zu liegen hat um dauerhaft die Synthese zu betreiben. Es konnte gezeigt werden, dass die Produktion von hoch qualitativen Kraftstoffen mit der Hilfe der Fischer Tropsch Synthese ausgehend von holzbasierender Biomasse möglich ist. Weiteres wurde erkannt, dass es der Kombination von verschiedenen Reinigungsschritten bedarf, um den Katalysator vor Inaktivierung bzw. Vergiftung zu schützen. Die Entfernung von Schwefelverbindungen wird nach wie vor eine entscheidende Rolle im Bereich der Fischer Tropsch Synthese mit Produktgas einer Biomassedampfvergasung spielen.

A pilot plant for production of Fischer Tropsch fuel was designed, erected and continuously operated along the biomass stem gasification plant located at Güssing Austria. Different Fischer Tropsch catalysts have been characterised and tested in the pilot plant. The Fischer Tropsch products have been analysed, also with the focus on the applicability as automotive diesel fuel. Accompanying the pilot plant design phase, a cold model of the three phase slurry Fischer Tropsch reactor has been built. A method has been developed to measure catalyst distribution in the slurry phase. The results are showing that the obtained Fischer Tropsch fuel from cobalt catalysts is of high quality and fulfils nearly all demands of diesel fuel. Some refining steps would be necessary to fulfil all demands like the low temperature parameters of the fuel. However the Fischer Tropsch fuel from the iron based catalyst would need more refining steps to fulfil all parameters. A further learning from the operation of the pilot plant is that the gas cleaning of the synthesis gas upstream of the Fischer Tropsch reactor is of crucial importance. Above all the separation of sulphur compounds from the syngas is necessary. The concentration of sulphur compounds should be less then 10 ppbv in the Fischer Tropsch feed stream. It could be demonstrated that high quality fuel can be produced via Fischer Tropsch synthesis from the product gas of a biomass gasifier. The protection of the catalyst from poisoning is possible applying a combination of different gas cleaning steps. Sulphur removal will continue to be a challenge in Fischer Tropsch synthesis operated with product gas of a biomass gasification plant.