Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Elektrobränsle via svartlutsförgasning: Teknoekonomisk analys av implementering av elektrolysör i biometanolproduktion
Luleå University of Technology, Department of Engineering Sciences and Mathematics.
2017 (Swedish)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Electrofuels from gasification of black liquor : Techno economic analysis of implementation of electrolyzer in biomethanol production (English)
Abstract [sv]

Med mer och billigare förnybar, intermittent el på marknaden har intresset för elektrobränsle ökat. I denna studie utvärderas tekno-ekonomiskt om elektrobränslekoncept kan vara fördelaktigt att implementera i en förgasningsanläggning för svartlut med nedströms metanolsyntes. Detta görs genom jämförelse av tre möjliga integreringsalternativ:

1. Basfallet, att inte implementera någon elektrolysör.

2. Att implementera elektrolysör för att tillgodose vätgasunderskottet för metanolsyntes från kolmonoxid och därmed eliminera behovet av CO-shift.

3. Att implementera elektrolysör för att förse förgasare med syrgas, kompensera vätgasunderskottet för metanolsyntesen från kolmonoxid och samtidigt konvertera koldioxid till metanol. Genom detta elimineras behovet av både CO-shift och luftseparationsanläggning.

För att utvärdera de olika fallen har en statisk modell som utgår från förgasningssimuleringar konstruerats. Modellen har sedan kompletterats med vätgas och syrgas från elektrolysör. Energi- och massbalanser har sedan legat till grund för dimensionering av processutrustning. En förgasningsanläggning på 500 ton svartlut torrsubstans per dygn har varit basen samt råvarupriser för biomassa på 0,2 kr/kWh och elpriser på 0,25 kr/kWh. För att få fram relevant data för elektrolysören har det tagits in offerter från tillverkare och diskussioner via telefon har förts för genomgång av offert för att hitta den bästa lösningen.

Resultaten från den tekno-ekonomiska analysen presenteras som ett nödvändigt försäljningspris (NFP) för den producerade metanolen. Detta är framtaget utifrån en internränta på 10% och en ekonomisk livslängd på 20år. Resultaten visar att då det inte implementeras någon elektrolysör blir NFP 1,15 kr/kWh. Med implementerad elektrolysör för att tillgodose vätgasunderskottet fås en produktionsökning på 30% jämfört med basfallet och ett NFP på 1,12 kr/kWh. När elektrolysören dimensioneras mot syrgasbehovet fås en produktionsökning på 100% och ett NFP på 0,98 kr/kWh. Detta kan jämföras med energipriser på fossil metanol på 0,78 kr/kWh, skattefri bensin på 0,54 kr/kWh och vid pump 1,57 kr/kWh.

Slutsatserna från studien är att om elektrolysör ska implementeras är det mest fördelaktigt att dimensionera den mot förgasarens syrgasbehov, då det innebär att det inte behöver byggas någon luftseparationsanläggning. För en elektrolysanläggning till detta ändamål är det fortfarande alkaliska elektrolysörer som är att föredra då det rör sig om kontinuerlig drift. Med låga elpriser är detta koncept fördelaktigt för metanolproduktion från svartlustsförgasning.

Abstract [en]

With more and cheaper intermittent renewable electricity on the market, the interest in electro fuels is increasing. In this study, the techno economic performance of implementing electro fuel concept to a black liquor gasification plant with methanol synthesis is evaluated. This is done by studying three different ways of integration:

1. The base case, by not implementing an electrolyzer.

2. By implementing the electrolyzer to cover the deficit of hydrogen for synthesis of the carbon monoxide and thereby eliminate the need of CO-shift.

3. By implementing the electrolyzer to cover all the oxygen demand to the gasifier, compensate the deficit of hydrogen for synthesis of carbon monoxide while also converting carbon dioxide to methanol. This eliminates the need of CO-shift and air separation unit. 

To be able to evaluate the different cases, a static model that is based on gasification simulations was constructed. The model was then supplemented with hydrogen and oxygen from the electrolyzer. Energy and mass balances was then the base for dimensioning of the process equipment. A gasification plant of 500 tonnes ds/day has been the base in the evaluation as well as pricing for biomass on 0.2 kr/kWh and electricity on 0,25 kr/kWh. To extract relevant data, offers from manufactures have been requested and discussions regarding the offers have been held to find the best solution for implementation.

The results from the techno economic evaluation are presented as the required selling price of the produced methanol. This is done on the condition of an internal rate of return on 10% and a lifetime of 20 years. The results of the study show that if no electrolyzer is used, the required selling price is 1,15 kr/kWh. With implemented electrolyzer to cover the deficit of hydrogen there is a production increase on 30% and a required selling price of 1,12 kr/kWh. When the electrolyzer is built to cover all the oxygen demand there is a production increase of 100% compared to the case without electrolyzer and with a required selling price of 0,98 kr/kWh. This can be compared to the energy price of fossil methanol on 0,78 kr/kWh and the market price of gasoline, 0,54 kr/kWh and at the pump in Sweden, 1,57 kr/kWh.

The conclusion from the study is that if electrolyzer is to be used, it should cover the oxygen demand of the gasifier. This mean that there is no need for an air separation unit. For an electrolyzer plant in this application it is most preferred to use alkaline electrolyzer since its continuous operation. With low electricity prices this concept is favorable for methanol production from black liquor gasification.

Place, publisher, year, edition, pages
2017. , 35 p.
Keyword [en]
Electrofuels, Gasification, Methanol, Black liquor, Electrolyzer, Biomass
Keyword [sv]
Elektrobränsle, Förgasning, Metanol, Svartlut, Elektrolysör, Biomassa
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-64596OAI: oai:DiVA.org:ltu-64596DiVA: diva2:1116925
External cooperation
LTU Green Fuels
Educational program
Sustainable Energy Engineering, master's level
Supervisors
Examiners
Available from: 2017-07-06 Created: 2017-06-28 Last updated: 2017-07-06Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2398 kB)11 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2398 kBChecksum SHA-512
e77e5c40bcc07bab706214f0f92733f12bde299414a5e865552a5f7de7e192831d53373d03c60906c06fe3cc94a75f5ec11afc963ca647d4a07964183da3a691
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Weddig, Joel
By organisation
Department of Engineering Sciences and Mathematics
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 11 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 40 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf