Process modelling and simulation of a methanol synthesis plant using syngas streams obtained from biomass

For a long time, non-renewable energy sources were the only way to produce energy. Their limit, which contrast with their high energy density, is the finiteness: they will dwindle until eventually disappear. The interest to invest in renewable sources, such as biomasses, is increasing over the years. The gasification of biomasses producing syngas and its transformation into methanol, a very versatile molecule, can be an interesting route in the present and future energy scenario. The aim of this thesis is to analyse the performance of “simple” plants for the production of methanol, supposing to feed them with syngas produced from biomasses through different technologies. By means of simulations in Aspen HYSYS v8.8, the performances of the process loop with as fresh feed two different flows (2E and 2D) with the stoichiometric coefficient respectively 1.790 and 0.232 have been optimized. Without considering the economical aspect, the simulation performed on the stream 2E brought as result of the methanol productivity 262.50 kmol/h with 828.6 kmol/h as fresh feed, 277.20 kmol/h for a fresh feed equal to the previous one where 20kmol/h of pure hydrogen have been added (after the mixing with the recycle) and 266.10 for the same fresh feed as in the first case but with two reactors in series (Lurgi configuration). Regarding the stream 2D, just the simulation that involved an addition of pure hydrogen can be considered acceptable. With a fresh feed of 1160 kmol/h and 1100 kmol/h of hydrogen added, the methanol productivity results 607.56 kmol/h. Purpose of this work is to give the base for a profitability assessment in order to understand whether or not methanol can be produced with this method.

Le fonti fossili sono state l’unica sorgente di energia per un lungo periodo. Il loro limite, che si contrappone all’elevata densità energetica, è la limitatezza: vi è una quantità finita disponibile che prima o poi si esaurirà. L’utilizzo delle fonti rinnovabili, in particolare le biomasse, per produrre energia è una delle nuove rotte su cui investire. La gasificazione delle biomasse a produrre Syngas e la successiva trasformazione dello stesso in metanolo, utile in svariati settori, potrebbe essere una risorsa importante nello scenario energetico presente e futuro. L’obiettivo di questa tesi è fare una analisi delle performance di impianti “semplici” per la sintesi di metanolo, supponendo di alimentare ad essi syngas prodotto da biomasse attraverso differenti tecnologie. Per mezzo di simulazioni in Aspen HYSYS v8.8 si è cercato di ottimizzare le prestazioni dell’impianto su due particolari correnti (2E e 2D) con un coefficiente stechiometrico rispettivamente di 1.790 e 0.232. Senza tener conto dell’aspetto puramente economico le simulazioni riguardanti la corrente 2E hanno dato come risultato una produttività di metanolo di 262.50 kmol/h con una alimentazione di 828.6 kmol/h nella configurazione base, 277.20 kmol/h con la stessa precedente alimentazione a cui sono stati aggiunti (dopo il mix con il riciclo) 20 kmol/h di idrogeno puro e 266.10 kmol/h con la stessa alimentazione dei due casi sopracitati, ma utilizzando la configurazione Lurgi con due reattori in serie. Per quanto riguarda la corrente 2D, solo il caso in cui idrogeno puro viene aggiunto risulta in una accettabile produttività di metanolo. Quest’ultima è 607.56 kmol/h con una alimentazione di 1160 kmol/h ed una aggiunta di 1100 kmol/h di idrogeno. Lo scopo finale sarebbe applicare i risultati ottenuti in una valutazione economica dell’impianto e comprendere se è fattibile utilizzare questo procedimento per produrre metanolo.