Techno-Economic Feasibility of Methanol Synthesis from Pyrolysis Gas

Sammanfattning

Det här examensarbetet utvärderar den tekno-ekonomiska genomförbarheten av en process som producerar metanol från icke-kondenserbara pyrolysgaser som genereras vid biokolsproduktion. Pyrolysprocessen uppströms behandlades som en svart låda och en representativ gassammansättning beräknades från tillhandahållen processdata med hjälp av massbalanser. Den producerade gasen var innehållsrik på CO2 och CO, men innehållsfattig på H2, varpå olika strategier för uppgradering av gasen utvärderades. En konfiguration med vatten-gas-skift följt av extern tillsats av H2 valdes för den slutliga processimuleringen. Metanolsyntesen modellerades med kinetiska uttryck baserade på Cu/ZnO/ZrO2-katalysatorn, som inte använts i storskaliga processer idag. Den kinetiska modellen implementerades först i MATLAB för att validera de rapporterade kinetiska resultaten, innan den implementerades i DWSIM som en del av ett fullständigt processflödesschema. Den slutliga processen inkluderade gaskompression, gasuppgradering, metanolsyntes, recirkulation, separation, destillation och värmeintegrering baserad på pinch-analys. Processen producerade cirka 2400 kg metanol per timme av AA-kvalitet, motsvarande cirka 19 000 ton per år, vid ett inflöde av 10 000 kg torr biomassa per timme. Den totala omvandlingsgraden för CO2 och H2 var 76,8% respektive 91,8%. Den tekno-ekonomiska analysen gav en nivellerad metanolkostnad på 9.55 SEK/kg för processen. Den dominerande kostnadsfaktorn var externt väte, vilket gör vätgaspriset och vätgasåtervinningen till de viktigaste faktorerna för de ekonomiska resultaten. Inkludering av vätgasåtervinning minskade kostnaden till 8,8–9,0 SEK/kg beroende på separationsteknik. Processen är därmed tekniskt genomförbar, men den ekonomiska konkurrenskraften är starkt beroende av tillgång till billig förnybar vätgas och ytterligare optimering av recirkulation och gasseparation.