Production of mixed alcohols using MoS2 catalyst from biomass derived synthesis gas

Abstract

Die Synthese von gemischten Alkoholen ist eine interessante Möglichkeit zur Herstellung höherer Alkohole. Biomasse-basierendes Synthesegas aus einer Zweibett-Wirbelschicht-Dampfvergasung wurde für Experimente mit zwei alkali-dotierten MoS2-basierten Katalysatoren eingesetzt. Es wurden mehrere Testläufe durchgeführt, um den Einfluss der Betriebsbedingungen (Temperatur, Druck, GHSV (Gas Hourly Space Velocity), Gaszusammensetzung) auf die CO-Umwandlung, die Produktausbeute und die Selektivität zu bewerten. Für diese Untersuchungen wurde eine Anlage zur Synthese von gemischten Alkoholen im Labormaßstab von 1-2 kg pro Tag im Bioenergy2020+ Technikum Güssing errichtet und betrieben. Neben der Untersuchung des Einflusses der Betriebsbedingungen wurden sowohl mögliche Nebenprodukte als auch Möglichkeiten zur weiteren Verbesserung des Prozesses für eine mögliche Maßstabsvergrößerung als weitere Schwerpunkte der Forschungstätigkeit betrachtet. Das Recycling von Methanol ist ein vielversprechender Ansatz, um die Menge an höheren Alkoholen zu vergrößern, speziell den Anteil des Ethanols. Das Recycling wurde durch Dosierung von externem Methanol über eine hochpräzise Labor-Dosierpumpe getestet. Eine weitere Verbesserung des Prozesses stellt das Recycling von Reaktor-Tailgas dar. Durch Recycling des Tailgases wird es ermöglicht, die CO-Umwandlung auf bis zu 90 % zu erhöhen. Neben experimentellen Untersuchungen wurde in dem stationären Fließbildsimulationsprogramm IPSEpro 750i L

in the stationary flow sheet simulation program IPSEpro for carrying out data validations and upscaling simulations. The module PS validate of the IPSEpro program package applies the method of least-squares for data reconciliation. Furthermore, several plant concepts for a possible demo MAS plant were evaluated in IPSEpro PSE (Process Simulation Environment) unit. The mass- and energy efficiency had been evaluated and the most promising plant concept was determined. The investigation of the influence of reaction temperature revealed that increasing temperature was obviously increasing CO conversion and productivity. The investigation of the GHSV showed that an increase in GHSV diminished CO conversion, but was increasing space time yield in grams alcohol per hour. Beside the main products methanol, ethanol, propanol and water also other compounds like carboxylic acids (e.g. formic acid), ether and ester were produced. A variation in gas composition conducted by the use and non-use of the steam reformer revealed that C2H4 has a profound influence on the product composition and 1-propanol was formed. The experimental results of methanol recycling showed that ethanol enhancement rates of up to 174 % are possible. An upscaling simulation using IPSEpro showed that plant setups without tailgas recycling and/or steam reforming as gas cleaning device at the inlet are not recommended. The plant setup with RME scrubber and tailgas recycling showed the highest possible efficiencies.