Comparing biofuel production costs for processes employing fast pyrolysis

Abstract

The aim of this thesis was to estimate material and energy balances of pyrolysis concept and production cost of biofuel. Production costs were compared to those found in literature for pyrolysis and gasification concepts. In addition the aim was to estimate pioneer plant cost growth and plant performance decrease using the PPS method.

The capital investment was estimated by percentage of delivered-equipment costs. The operating costs consisted of the variable costs and the fixed costs. The production cost of biofuel was based on the investment cost annuity and the operating costs.

In the case of the HDO integrated with conventional oil refinery and the hydrogen produced in the refinery, the production cost of gasoline is 90 euros/MWh. When using bio hydrogen the production cost is 130 euros/MWh. The production cost of literature biofuel concepts ranged from 50 - 140 euros/MWh.

The investment cost of HDO340 concept is 150 Me and according to PPS analysis the investment cost is 460 Me. The investment cost estimation include about 10 % contingency but in the latter case the contingency is 310 Me. The production cost corresponding to tripled investment cost is 200 euros/MWh, which is over two times higher than the initial estimation. The plant performance of pyrolysis concepts 6 months after start-up may be only fifth of the planned capacity. The plant performance of gasification, concept may be 50 %.

The production costs of pyrolysis concepts are similar to those presented in literature. However, the pyrolysis concept has a higher risk than the gasification concept, and its costs could be multiplied the initial estimation.

Liikenteen fossiiliset polttoaineet ovat yksi merkittävimmistä kasvihuonekaasupäästöjen lähteistä. Biopolttonesteillä voitaisiin korvata osa fossiilisista polttoaineista. Biopolttonesteitä voidaan valmistaa puusta termokemiallisilla menetelmillä, pyrolyysilla ja kaasutuksella. Tässä työssä on arvioitu pyrolyysiin perustuvan poltonesteiden valmistusta. Pyrolyysilla valmistettu öljy-vety käsitellään HDO -prosessissa. Lopuksi jalostettu öljy syötetään perinteisen öljynjalostuksen FCC -yksikköön, josta saadaan lopputuotteena bensiiniä ja muita petrokemian tuotteita.

Työn tavoitteena oli määrittää pyrolyysikonseptin taseet sekä biopolttonesteen tuotantokustannus ja verrata sitä kirjallisuuden pyrolyysi- ja kaasutuskonseptien tuotantokustannuksiin. Lisäksi työn tavoitteena oli arvioida uuden konseptin kustannusten kasvua sekä tehtaan suorituskykyä käynnistyksen jälkeen PPS -menetelmiin avulla.

Konseptin investointikustannukset arvioitiin päälaitteiden kustannuksista. Käyttökustannukset koostuivat muuttuvista kustannuksista ja kiinteistä kustannuksista. Biopolttonesteen tuotantokustannus määritettiin laskemalla yhteen käyttökustannukset ja investointikustannuksen annuiteetti. Perinteiseen öljynjalostamoon integroidun konseptin bensiinin tuotantokustannus jalostamossa tuotetulla vedyllä on 90 euroa/MWh:lta. Käytettäessä biovetyä kustannus on 130 euroa/MWh:lta. Kirjallisuuden biopolttonestekonseptien tuotantokustannukset vaihtelivat välillä 50 - 140 euroa/MWh:lta.

HDO340 -konseptin perusarvion investointikustannus on 150 Me ja PPS -analyysin mukaan 460 Me. Investointikustannuksen perusarvio sisältää noin 10 %:n varauksen, mutta jälkimmäisen investointikustannusarvion varauksen tulisi siis olla 310 Me. Kolmikertaisella investointikustannuksella bensiinin tuotantokustannus on 200 euroa/MWh:lta eli yli kaksi kertaa suurempi kuin alkuarvio. PPS -analyysin avulla arvioitu pyrolyysikonseptin suorituskyky puoli vuotta käyttöönoton jälkeen on vain viidenneksen suunnitellusta kapasiteetista, ja kaasutuskonseptien noin puolet.

Työssä tutkittujen pyrolyysikonseptien tuotantokustannukset ovat samaa luokkaa kirjallisuudessa esitettyjen kanssa. Pyrolyysikonseptiin liittyy kuitenkin suurempi riski kuin kaasutuskonseptiin, ja sen kustannukset voivat olla moninkertaiset perusarvioon verrattuna.