Design of a small-scale power-to-liquids pilot plant
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2022-06-14
Department
Major/Subject
Chemical and Process Engineering
Mcode
CHEM3043
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
91+9
Series
Abstract
A holistic transition to renewable energy and sustainable solutions is required to reach greenhouse gas reduction goals. Power-to-Liquids is a prospect technology framework that could be used to produce so-called electrofuels from renewable electricity and captured CO2. These fuels would be carbon-neutral and drop-in capable liquid fuels. Today, aviation and marine transportation are recognized as one of the most challenging areas to decarbonize. Thus an alternative drop-in fuel, independent of the current renewable fuel biomass feedstock, is a viable option to help mitigate climate change and couple renewable electricity indirectly with the transportation sector. Complete Power-to-Liquids systems are currently commercially unproven with a low technology readiness level. There have been only a few prior Power-to-Liquids demonstrations. In contrast, many of the unit processes of the Power-to-Liquids process have been a topic of research and development for a long. This master’s thesis presents how the separately prepared process units of Fischer-Tropsch synthesis and reverse water-gas shift reaction, solid oxide electrolysis and CO2 capture are assembled into a complete functioning small-scale Power-to-Liquids pilot plant. These sub-processes and their assembly to a complete Power-to-Liquid system are examined and presented from a process design perspective. The factors that drive the development efforts of Power-to-Liquids are recognized in the literature review. The result of this thesis is a pre-study phase process design documentation, which can be used in future Power-to-Liquids projects as a basis for the design of a small-scale Power-to-Liquids plant.Kasvihuonekaasujen vähentämistavoitteiden saavuttaminen edellyttää kokonaisvaltaista siirtymistä uusiutuvaan energiaan ja kestäviin ratkaisuihin. Power-to-Liquids on potentiaalinen teknologiakehys, jota voitaisiin käyttää niin sanottujen sähköpolttoaineiden valmistukseen uusiutuvasta sähköstä ja talteenotetusta hiilidioksidista. Nämä polttoaineet olisivat hiilineutraaleja ja infrastruktuuriin sopivia nestemäisiä polttoaineita. Lento- ja meriliikenne ovat tunnistettu yhdeksi haastavimmista sektoreista hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi. Vaihtoehtoinen polttoaine, joka on riippumaton biopolttoaineiden biomassa raaka-aineesta, on varteenotettava vaihtoehto ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi ja uusiutuvan sähkön epäsuoraan yhdistämiseen liikennesektoriin. Kokonaiset Power-to-Liquids-järjestelmät ovat nykyään kaupallisesti testaamattomia ja niiden tekninen valmiusaste on alhainen. Power-to-Liquids-demonstrointeja on ollut vain muutama aikaisempi. Toisaalta Power-to-Liquids-prosessin yksikköprosessit ovat olleet tutkimuksen ja kehityksen aiheena pitkään. Tämä diplomityö esittää kuinka valitut yksikköprosessit, Fischer-Tropsch-synteesi ja käänteinen vesikaasun siirtoreaktio, kiinteäoksidielektrolyysi ja hiilidioksidin talteenotto, kootaan toimivaksi pienen mittakaavan Power-to-Liquids-pilottilaitokseksi. Yksikköprosesseja ja niiden kokoamista Power-to-Liquids-prosessiksi tarkastellaan ja esitetään prosessisuunnittelun näkökulmasta. Työssä esitellään myös Power-to-Liquids-teknologian mahdollistavat tekijät. Tämän diplomityön tuloksena on esitutkimusprojektin prosesessisuunnittelun dokumentaation, jota voidaan käyttää tulevissa Power-to-Liquids-projekteissa esimateriaalina pienen mittakaavan pilottilaitoksen suunnittelulle.Description
Supervisor
Oinas, PekkaThesis advisor
Pohjoranta, AnttiKorhonen, Esa
Keywords
e-fuel, power-to-liquid, PtL, demonstration, process design