Obtención de biocombustibles vía Fischer-Tropsch a partir de gas de síntesis procedente de una planta piloto de gasificación

Abstract

La presente tesis tiene como finalidad la obtención de hidrocarburos a partir de un gas de síntesis (CO y H2), o de CO2 con H2 de origen renovable. Se emplea como vía de conversión la Síntesis Fischer-Tropsch (FT), utilizando catalizadores bifuncionales que sintetizan hidrocarburos desde CO o CO2 de forma directa. Durante la experimentación se han sintetizado catalizadores que emplean como fase activa χ- Fe5C2 (Carburo de Hägg), con aditivos de K y Cu, soportes de Grafito y SiO2 y demostrando la viabilidad de los catalizadores bifuncionales mediante pruebas con CO y CO2. Dentro de las series experimentales se probaron distintas rampas de activación y se midió la producción (0,17 g de HC líquido·gcat-1·h-1) para un tiempo en corriente de 201 h. A su vez, se han analizado los productos y comprobado que siguen la distribución estadística Anderson-Schulz-Flory. Los catalizadores fueron probados con gas de síntesis real con alto contenido en azufre para comprobar su resistencia. También se han caracterizado los catalizadores mediante las técnicas de adsorción de N2, XRD y MEB. Además, se demostró la viabilidad del proceso real, integrando en línea las fases de producción de gas de síntesis, limpieza, depuración, compresión del gas y síntesis a hidrocarburos (querosenos). Para ello se ha diseñado y construido un reactor catalítico apto para llevar a cabo la síntesis FT y una etapa de compresión y almacenamiento de gas de síntesis. Por último, se ha realizado un análisis energético y económico de los costes de transformación sobre el proceso propuesto.

The purpose of this thesis is to obtain hydrocarbons from a synthesis gas (CO and H2), or from CO2 with renewable H2. The Fischer-Tropsch (FT) Synthesis is used as a conversion route, using bifunctional catalysts to synthesize hydrocarbons from CO or CO2 directly. During experimentation, catalysts were synthesized using χ-Fe5C2 (Hägg Carbide) as the active phase, with K and Cu as additives, using Graphite and SiO2 templates. The viability of bifunctional catalysts was also demonstrated by tests with CO and CO2. Within the experimental series, different activation ramps were tested and the production (0.17 g of liquid HC·gcat-1h-1) was measured for runs of flow time of 201 h. In addition, theproducts were analyzed, and it was verified that they follow the Anderson-Schulz-Florystatistical distribution. The catalysts were tested with real syngas with high sulfur content to check their resistance. Catalysts have also been characterized by N2 adsorption, XRD and SEM techniques. In addition, the feasibility of the real process was demonstrated, integrating the phases of synthesis gas production, cleaning, purification, gas compression and synthesis to hydrocarbons (kerosene). For this aim, a catalytic reactor suitable for carrying out the FT synthesis and a synthesis gas compression and storage stage have been designed and built. Finally, an energy and economic analysis of the transformation costs of the proposed process has been carried out.