Experimental studies on Fischer-Tropsch synthesis in a millistructured reactor

Abstract

Fischer-Tropsch synthesis offers the possibility of sustainable production of fuels and chemicals from a synthesis gas mixture. In the course of this thesis, the performance of a millistructured reactor using a cobalt catalyst was investigated with the aim of producing diesel fuel and long-chain hydrocarbons.Millistructured reactors offer the possibility of intensification and resource optimization of processes. For Fischer-Tropsch synthesis, improved heat removal is of particular interest, as it promises to be able to operate plants with more active catalysts and higher conversions.In order to investigate these hypotheses, an experimental plant was set up and equipped with appropriate measurement technology to test a millistructured reactor and a catalyst specially developed for this reactor. The experimental data were collected over 230 hours of testing and then the carbon monoxide conversion, methane selectivity, carbon chain distribution and reactor performance with respect to heat removal were analyzed.The measured carbon monoxide conversion was about 30 %, and the methane selectivity was about 19 %. Both values remained constant over the duration of the experiment. A total of about 4.5 kg of liquid and solid products were produced. Chain lengths up to C60 were measured, which represents the end of the measurement range. The reactor showed satisfactory heat removal and no excessive temperature gradients were observed.The tests showed that the combination of catalyst and reactor gave satisfactory results in the design conditions. Standards-compliant diesel could be obtained from the product. Furthermore, no signs of catalyst deactivation or selectivity shifting were observed. The next step is to find optimum process conditions for the reactor.

Die Fischer-Tropsch Synthese bietet die Möglichkeit der nachhaltigen Produktion von Kraftstoffen und Chemikalien aus einem Synthesegasgemisch. Im Zuge dieser Diplomarbeit wurde die Leistung eines Millistructured-Reaktors unter Verwendung eines Cobaltkatalysators untersucht, mit dem Ziel Dieselkraftstoff und langkettige Kohlen-wasserstoffe herzustellen.Millistructured-Reaktoren bieten die Möglichkeit der Intensivierung und Ressourcenop-timierung von Prozessen. Für die Fischer-Tropsch Synthese ist speziell die verbesserte Wärmeabfuhr interessant, da sie verspricht, dass Anlagen mit aktiveren Katalysatoren und höheren Umsätzen betrieben werden können.Um diese Hypothesen zu untersuchen, wurde eine Versuchsanlage aufgebaut und diese mit entsprechender Messtechnik ausgestattet, um darin einen Millistructured-Reaktor und einen speziell für diesen Reaktor entwickelten Katalysator zu testen. Die Versuchsdaten wurden in über 230 Versuchsstunden gesammelt und anschließend der Kohlenmonoxidum-satz, die Methanselektivität, die Kohlenstoffkettenverteilung und die Reaktorperformance hinsichtlich der Wärmeabfuhr analysiert.Der gemessene Kohlenmonoxidumsatz lag bei etwa 30 %, die Methanselektivität bei etwa 19 %. Beide Werte verhielten sich über die Versuchsdauer konstant. Insgesamt wurden etwa 4,5 kg flüssige und feste Produkte hergestellt. Es wurden Kettenlängen bis zu C60 gemessen, was das Ende des Messbereichs darstellt. Der Reaktor zeigte eine zufriedenstellende Wärmeabfuhr und es wurden keine übermäßig großen Temperaturgradienten festgestellt.Die Versuche haben gezeigt, dass die Kombination aus Katalysator und Reaktor in den Auslegungsbedingungen zufriedenstellende Ergebnisse lieferten. Aus dem Produkt konnte normgerechter Diesel gewonnen werden. Weiters wurden keine Anzeichen von Deaktivierung des Katalysators oder Selektivitätsänderungen beobachtet. In weiterer Folge gilt es nun, optimale Prozessbedingungen für den Reaktor zu finden.