Hybrid gasification renewable methanol production plant : process model and techno- economic comparison with parent plants

Abstract

This thesis focuses on hybrid gasification renewable methanol production plant. This hybrid plant consists of a combination of electrolyser working with renewable electricity and biomass gasification process, to produce methanol from the combined syngas with methanol synthesis loop.

In this thesis’s theory part, an overall understanding for what should be considered for the hybrid methanol production is gotten. This is done by reviewing fossil and renewable methanol production and ways of production today with expectations to future. By reviewing possibilities for methanol synthesis loops. By reviewing possibilities and requirements for product gas cleaning and conditioning. By reviewing possibilities for heat integration and lastly by reviewing possibilities for the electrolysis and gasification as feedstocks. In the practical part of the thesis, a techno-economic comparison is made with the parent production processes to the hybrid process, to compare the competitiveness of renewable methanol production methods. The modelling of the processes was done with IPSEpro.

As main results, it was discovered that hybrid production of methanol is competitional with the comparing parenting technologies. Hybrid plant model achieves highest overall and carbon utilization efficiency and is in the middle in the other technical results. In high renewable electricity prices, the modelled hybrid methanol can be a cheaper way of producing methanol than modelled power-to-methanol production. In low renewable electricity prices, modelled hybrid methanol production can be cheaper than modelled biomass-to-methanol production.

Tämä diplomityö käsittelee hybridi kaasutuksella toimivaa uusiutuvan metanolin tuotantolaitosta. Tämä hybridi tuotantolaitos koostuu uusiutuvalla sähköllä toimivasta elektrolyysi prosessista ja biomassan kaasutus prosessista, mikä tuottaa uusiutuvaa metanolia näiden synteesikaasusta metanolisynteesiprosessin avulla.

Tämän diplomityön teoriaosuudessa, saadaan kokonaisymmärrys siihen mitä tulee ottaa huomioon hybridi metanolin tuotannossa. Tämä ymmärrys saadaan tarkastelemalla fossiilista ja uusiutuvaa metanolin tuotantoa sekä tuotanto menetelmiä nykyään sekä tulevaisuuden kannalta, tarkastelemalla eri metanolisynteesiprosessi vaihtoehtoja, tarkastelemalla tuo-tekaasun puhdistus ja käsittelymenetelmiä sekä puhtausvaatimuksia, tarkastelemalla lämmön integrointimenetelmiä ja viimeisenä tarkastelemalla menetelmiä elektrolyysiin ja kaasutukseen, raaka-aineina prosessille. Diplomityön käytännön osuudessa tehdään myös teknoekonominen vertailu vertaillakseen hybridi tuotantolaitoksen kilpailukykyä sen emotuotantolaitoksiin. Laitokset mallinnettiin IPSEpro prosessimallinnus ohjelmassa.

Päätuloksina löydettiin, että hybridi metanolin tuotanto on kilpailukykyinen sen emotuotantolaitosten kanssa. Hybridi tuotantolaitoksen malli saa kaikista suurimman kokonais- ja hiilenkäyttöhyötysuhteen, sekä on keskimmäinen muissa teknisissä tuloksissa. Korkeilla uusiutuvan sähkön hinnoilla hybridi tuotantolaitoksen mallin metanolin tuotanto voi olla halvempaa kuin power-to-methanol tuotantolaitosmallin. Alhaisilla sähkön hinnoilla se voi taas olla halvempaa kuin ja biomass-to-methanol tuotantolaitosmallin metanolin tuotanto.