Lindner, B. J. (2019). Evaluation of polyoxymethylene dimethyl ether synthesis based on dual fluidized bed steam gasification [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2019.58044
E166 - Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften
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Date (published):
2019
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Number of Pages:
89
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Keywords:
OME; POM; Evaluierung
de
OME; POM evaluation
en
Abstract:
Derzeit wird ein Großteil der verwendeten Biotreibstoffe aus Anbauflächen gewonnen, die im Wettbewerb mit der Nahrungsmittelproduktion stehen. Durch die neue europäische erneuerbare Energie Richtlinie soll sich das nun ändern, denn in Zukunft sollen sogenannte fortschrittliche Biotreibstoffe den Hauptbestandteil an regenerativen Treibstoffen bilden. Diese werden aus Abfällen oder Rückständen wie Nussschalen, Klärschlamm oder Stroh hergestellt. Eine Möglichkeit hierzu ist die Vergasung in der Zweibett-Wirbelschicht-Dampfvergasung (DFB). Das hergestellte Synthesegas dient anschließend als Rohstoff zur Herstellung von Kraftstoffen. Diese Technologie wird bereits im kommerziellen Maßstab zur Wärme- und Stromerzeugung eingesetzt und die Herstellung von Kohlenwasserstoffen ist bereits erprobt. Aus dem Synthesegas kann auch Methanol hergestellt werden, das als Rohstoff für Synthese von Polyoxymethylen dimethyl ether (POMDME) dient. POMDME haben sehr gute Eigenschaften hinsichtlich Ruß- und Stickstoffemissionen und haben ähnliche Eigenschaften wie Dieseltreibstoff. Deshalb werden sie als mögliches Additiv angedacht. Die vorliegende Diplomarbeit ist eine Literaturstudie, die den Produktionsprozess von POMDME evaluiert und die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen aufzeigt. Für die Produktion des notwendigen Methanols wurde unter anderem die gemischte Alkoholsynthese (MAS) mit sulfierten Katalysatoren angedacht. Diese sind sehr robust gegen Schwefelverunreinigungen im Synthesegas, verursachen jedoch einen signifikanten Schwefelgehalt im Produkt, welcher einen Teil der nachfolgenden Katalysatoren beschädigen kann. Andere MAS-Katalysatoren sind ähnlich empfindlich wie herkömmliche Methanol Synthese Katalysatoren. Das Produkt der MAS ist eine Mischung aus Methanol und höheren Alkoholen, welches für die POMDME Synthese aufgetrennt werden muss. Daher ist die konventionelle Methanol Synthese die beste Option für die Implementierung von DFB in den POMDME-Produktionsprozess. In einer wirtschaftlichen Betrachtung werden die Investitionskosten für eine Anlage mit einer Kapazität von 30 240 Tonnen POMDME pro Jahr sowie die Produktionskosten für POMDME berechnet. Die Kostenstruktur wird hauptsächlich vom Methanol Preis bestimmt (64 % Anteil an den Gesamtkosten). Bei einem Methanol Preis von 400 EUR/Tonne betragen die Herstellkosten von POMDME 792 EUR/Tonne. Geringe Methanolkosten sind daher ein wesentliches Erfolgskriterium. Weitere große Kostenfaktoren sind die investitionsbezogenen Kosten (15 %) sowie die Personalkosten (13 %). Diese beiden Anteile sinken jedoch, wenn Skaleneffekte berücksichtigt werden.
de
Due to the new European renewable energy directive, there is a necessity for renewable fuels. Biofuels from crops, which are in competition with feed and food (e.g.: Rapeseed), should be no longer the main form of biofuel. Therefore, an alternative must be found. One possibility is biofuel from biological residues, like nutshells or sewage sludge. These carbon containing residues can be processed to syngas, which serves as raw material for further downstream processes to fuel. The production of syngas can be performed via the dual-fluidized-bed-steam gasification (DFB steam gasification). This technology produces a high-quality syngas and is already used for heat and electricity production on a commercial scale. The syngas was also already used to produce hydrocarbons (via Fischer-Tropsch synthesis) and alcohols (via mixed alcohol synthesis) in a small scale. Polyoxymethylene dimethyl ethers (POMDME) are showing good properties concerning soot and nitrogen oxide emissions. In addition to that, they have similar chemical properties as diesel fuel and can be blended in any ratio. These attributes give them an advantage over other currently used additives. For that reasons, they are considered as blending agent for conventional diesel fuel. In this master thesis, a literature study is performed to evaluate the production process of POMDME. Therefore, the necessary production steps are described in greater detail. The main raw material for the POMDME synthesis is methanol. Especially the mixed alcohol synthesis (MAS) with sulphided catalysts was considered was considered for the production of the methanol. However, this technology is not suitable, because the product is a mixture of methanol and higher alcohols. These alcohol mixtures cannot be used directly in the POMDME production process and must be separated. The sulphided catalysts are causing a significant sulphur content in the product. Therefore, the product must be cleaned, because the catalysts of the downstream process are very sensitive. Other MAS catalysts are as sensitive as conventional methanol catalysts. Considering that, the conventional methanol synthesis is the best option for implementing DFB into the POMDME production process. In an economic assessment, the investment costs for a 30 240 Ton/year plant as well as the production costs for POMDME are calculated. The cost structure is mainly driven by methanol price (64 % share on the total costs). At a methanol price of 400 EUR/Ton, the POMDME costs are 792 EUR/Ton. A cheap methanol source is therefore a key success criterion. Another big cost factor are investment related costs (15 %) and personnel costs (13 %). However, these costs will decrease, when considering economy of scale.
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Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers