Aufbereitung des flüssigen Produkts der gemischten Alkohol Synthese

Abstract

Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Aufbereitung des Produktes der Mixed-Alkohol-Synthese (MAS). Bei der MAS wird aus dem aufbereiteten Produktgas (Synthesegas) der Biomasse-Dampf-Vergasungsanlage in Güssing, ein Produkt aus verschiedenen Alkoholen erzeugt. Die Alkohole mit dem größten Massenanteil im Produkt sind Methanol, Ethanol und Propanol, weshalb die konventionellen Herstellungsverfahren für diese Produkte genauer betrachtet werden. Außerdem wird auf die Verwendung der Produkte, deren aktueller Marktpreis und die Reinheitsanforderungen für bestimmte Anwendungen eingegangen. Zudem werden Möglichkeiten beschrieben wie Schwefelverbindungen aus dem flüssigen Produkt entfernt werden können. In einer fraktionierten Rektifikation im Labormaßstab wird die Verteilung der Alkohole und Verunreinigungen in den Fraktionen bestimmt. Für die Gewinnung von Fraktionen, Nahe an der Azeotropen Zusammensetzung von Propanol mit Wasser, erfolgt eine mehrfache fraktionierte Rektifikation, um die Trennleistung zu erhöhen. Die daraus resultierenden Fraktionen 750i L werden unter Verwendung von Propylacetat als Schleppmittel in einer azeotropen Rektifikation entwässert. Durch das Simulationsprogramm ASPEN Plus wird ein Trennprozess für die gemischten Alkohole simuliert, mit dem Ziel eines Methanol Recycling, sowie der Gewinnung von Ethanol und Propanol als Hauptprodukte. Die Trennung des Propanol/Wasser Azeotropes wird durch eine Membran-Rektifikation, sowie eine azeotrope Rektifikation mit Propylacetat als Schleppmittel, simuliert. Außerdem wird mit dem Programm ASPEN Energy Analyzer eine Pinch-Analyse durchgeführt, um den minimalen Heizbedarf des Trennprozesses heraus zu finden. Ob eine Entschwefelung der gemischten Alkohole notwendig ist, wird durch eine Simulation, der Schwefelkomponentenverteilung im Trennprozess, geklärt. Dazu werden die Ergebnisse mit Werten aus der Norm verglichen. Für eine mögliche vorzeitige Reduzierung des Trennaufwands, wird eine fraktionierte Kondensation, des Produktgasstroms der MAS, in drei Stufen simuliert und mit den Ergebnissen einer einstufigen Kondensation verglichen.

as entrainer. Additionally, a process simulation with ASPEN Plus is carried out, which aims to simulate a separating process with ethanol and propanol as main products. The separation of the propanol/water azeotrope is simulated as an azeotrope rectification with propylaceatate as entrainer, as well as a membrane rectification. By means of the program ASPEN Energy Analyzer, a pinch analysis is implemented for the purpose of finding the minimum heating demand for the separation process. With the ambition to demonstrate the distribution of the sulfur components, another simulation is carried out, by adding the sulfur components to the feed stream. The simulation clarifies, if a desulphurization of the alcohols is necessary and gives information about possible enrichments in the process. Furthermore, a fractionated condensation of the product gas stream from the MAS-reactor is simulated in three steps. The results of the simulation are compared to a single condensation and shows if an early reduction of the separation effort is possible.

This thesis aims to the separation of the product of the mixed-alcohol-synthesis (MAS). For the execution of the synthesis, purified product gas (syngas) from the biomass-steam-gasification plant in Güssing is used. A concrete focus is laid on the main components of the mixed alcohols, Methanol, Ethanol and Propanol. Furthermore, insights into the conventional production and possible uses are provided. Moreover, this thesis emphasizes the necessity of the purity and the market value of the stated components. For the purpose of reducing sulfur components from the alcohols, different approaches are given. With the intention to analyze the distribution of the products, as well as possible impurities, a lab scale fractionated rectification is conducted. To accomplish the target of fractions close to the azeotrope composition of the propanol/water mixture, a multiple fractionated rectification is executed. The mentioned fractions, close to the propanol/water azeotrope, are used to remove the water through azeotrope rectification with proylacetate 753i L