Construction and commissioning of a novel aqueous phase reforming process demonstration unit

Abstract

In this thesis, the world’s first continuous laboratory-scale process demonstration unit is presented. With a capacity of 44 kg∙h-1 the aqueous phase reforming reactor converts the organic compounds in the residual water from liquefaction or synthesis to a hydrogen rich gas stream. This is achieved via a fixed bed of 666 g platinum coated activated carbon catalyst. The product gas can then be used for upgrading a biocrude from hydrothermal liquefaction or in a Fischer-Tropsch synthesis plant.After construction, commissioning tests on a 0.5 wt% glycolic acid feed were conducted. Subsequently, the automated operation was demonstrated, and the performance of the reactor was investigated over a series of parameter variations on a synthetic mixture representative of real effluent.A product gas flow of up to 312 Nl∙h-1 was achieved with 69 % H2 and 27 % CO2 content. A significant increase of conversion and gas production was shown with increased temperatures and decreased pressures. 100 hours of continuous operation were demonstrated successfully.Further feeds and catalysts can now be studied with this plant at a low level of necessary supervision during the test runs.

Aufgrund des weiter steigenden Bedarfs an erneuerbaren Kraftstoffen wird im „Heat-to-Fuel“ (dt. Wärme zu Kraftstoff) Konzept an einer Reihe an innovativen neben bereits etablierten Technologien geforscht. Das Ziel ist, aus Biomasse CO2-neutrale Kraftstoffe zu gewinnen. Zwei Hauptwege liefern die Rohprodukte zur Erzeugung von Treibstoffen: Gaserzeugung und hydrothermale Verflüssigung (engl. hydrothermal liquefaction). Beide dieser Technologien generieren Abwasser mit Resten an Kohlenstoffverbindungen, aus welchen Wasserstoff als Wertstoff gewonnen werden kann.In dieser Arbeit wird die weltweit erste kontinuierliche Versuchsanlage im Labormaßstab vorgestellt, welche das Verfahren des katalytischen Reformierens in wässriger Lösung (en. aqueous phase reforming) nutzt. In einem Reaktor mit 666 g platinbeschichtetem Aktivkohlekatalysator in einer Festbettschüttung werden bis zu 44 kg∙h-1 Abwasser reformiert. Das Produktgas, reich an Wasserstoff und Kohlendioxid, kann anschließend zur Aufbereitung von Bio-Rohöl aus der hydrothermalen Verflüssigung oder zur Fischer-Tropsch-Synthese verwendet werden.Nach dem Aufbau wurden Inbetriebnahmeversuche mit 0,5 % Glycolsäure durchgeführt. Anschließend wurde der automatisierte Betrieb demonstriert, und der Einfluss verschiedener Betriebszustände auf die Reformierung eines synthetisch hergestellten, repräsentativen Einsatzstoffes untersucht.Ein Produktgasstrom von bis zu 312 Nl∙h-1 mit 69 % H2 und 27 % CO2 konnte erzielt werden. Ein deutlicher Anstieg von Umsatz und Gasproduktion bei erhöhten Temperaturen und reduzierten Drücken konnte gezeigt werden. Ein ununterbrochener Betrieb von 100 h wurde demonstriert.Weitere Einsatzlösungen und Katalysatoren können jetzt mit geringem Bedarf an ständiger Überwachung untersucht werden.