Prosessianalysaattorijärjestelmien vaatimukset uusiutuvaa vetyä hyödyntävässä metanolin valmistuksessa

Abstract

Puhtaamman tulevaisuuden kannalta on oleellista löytää uusia vaihtoehtoisia kestävämpiä ja ympäristöystävällisempiä tuotantomuotoja liikennesektorin polttoaineille. Uusiutuvan vedyn ja biopohjaisen hiilidioksidin avulla valmistetulla niin sanotulla sähköpohjaisella metanolilla on tässä tärkeä rooli. Sähköpohjaisella metanolilla voidaan korvata fossiilisten raaka-aineiden käyttö liikennepolttoaineita valmistavien jalostamoiden syötteenä tai vaihtoehtoisesti puhdas metanoli voidaan käyttää sellaisenaan muun muassa meriliikenteen polttoaineena. Suomen potentiaali sähköpohjaisen metanolin tuottajana on merkittävä hyvän uusiutuvan sähköenergian ja biopohjaisen hiilidioksidin saatavuuden johdosta.

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia prosessianalysaattoreiden vaatimuksia sähköpohjaisen metanolin valmistuksessa. Prosessianalysaattoreiden avulla prosesseista saadaan mitattua laadullisia prosessisuureita. Työn kokonaisuuteen sisältyi kolme erillistä yksikköprosessia, jotka ovat elektrolyysi-, CO2 -talteenotto- ja metanolisynteesiprosessi. Prosessianalysaattoreihin kohdistuvia vaatimuksia arvioitiin kirjallisuuden avulla. Työssä perehdyttiin mittauspaikkojen määrittämiseen eri yksikköprosesseissa, joiden avulla prosesseista saadaan tarvittava määrä mittaustietoa laadukasta operointia varten. Työ sisälsi prosessianalysaattoreiden laitevalintoihin liittyvien määritysten tarkastelun tässä työssä esitettyihin mittauspaikkoihin. Lisäksi työssä perehdyttiin prosessianalysaattorijärjestelmien suunnitteluun vaikuttaviin tekijöihin.

Työn tuloksena saatiin määriteltyä tarvittavat 22 kpl prosessianalysaattoreita sähköpohjaisen metanolin valmistukseen tarvittaviin prosesseihin. Tuloksista selviää tarkat mittauspaikat eri yksikköprosesseista ja teknisesti järkevimmät ratkaisut mittaustekniikoiden suhteen. Työn aikana ja työn tulosten avulla työssä on laadittu suunnittelutyön tukimateriaalia. Tämä materiaali pitää sisällään työssä määriteltyjen prosessianalysaattoreiden mallipiirustukset sekä työssä näytteenkäsittelyjärjestelmien laskentoihin käytetyn laskentaohjelman.

For a cleaner future it is important to find new alternatives which use more sustainable and environmentally friendly method of production for fuels in the transport sector. Methanol produced from renewable hydrogen and bio-based carbon dioxide has an important role in this issue. Electricity-based e-methanol can replace to use of fossil fuels as feedstock to refineries producing transport fuels or alternatively pure methanol can be used directly as a fuel for maritime transport. Finland’s potential as a producer of e-methanol is significant due to the good availability of renewable electricity and bio-based carbon dioxide.

The aim of this Master’s thesis was examining the requirements of process analyzers in the production of e-methanol. Process analyzers can be measured various qualitative process quantities from processes. This thesis included three separate process units which are electrolysis, CO2 -capture and methanol synthesis process. The requirements for process analyzers were assessed using the literature. The thesis focused on the determination of measurement locations in each process units which provide the necessary amount of measurement data from the processes for high-quality operation. Regarding to this issue the thesis also includes a review of the device selection requirements for process analyzers at each measurement locations. In addition, the thesis has reviewed factors influencing of process analyzer system design.

As a result of the thesis were defined the necessary 22 pcs process analyzer for required processes of the e-methanol production. The results show the exact measurement locations of each process units and most technically sensible solutions of analyzers measurement techniques. During this thesis support material has been prepared to facilitate the daily design work. This support material includes hook-up drawings of process analyzer defined in this thesis as well calculation program for sample handling systems calculations.