Evaluation of the new Power & Biomass to Liquid (PBtL) concept for production of biofuels from woody biomass

Abstract: I den här rapporten utvärderas det nya konceptet Power & Biomass to Liquid (PBtL). PBtL är ett alternativ till den tidigare och mer etablerade Biomass to Liquid (BtL) processen. Med PBtL förbättras utbytet av kol jämfört med BtL genom att elektricitet läggs till i processen. Elektriciteten används för att producera H2, som används för att höja H2/CO förhållandet istället för att använda WGS som i vanlig BtL process. Rapporten är en del i ett större PBtL projekt som bedrivits vid Institutt for kjemisk prosessteknologi vid NTNU och på SINTEF. Utvärderingen utfördes genom flera simuleringar av lågtemperaturs Fischer-Tropsch reaktorer i simuleringsprogrammet Aspen Plus. Omvandling och katalytiska reaktorer utvecklades och togs fram i programmet. Produktfördelningen i omvandlingsreaktorn modellerades med ASF distribution theory tillsammans med en metod för sammanslagning av högre kolväten. Fördelningen av paraffiner, olefiner och oxygenater baserades på experimentella resultat från Shafer et al. som studerade en slurryreaktor under liknande förhållanden. Den kinetiska reaktorn modellerades med en variant av ASF fördelningsteori kallad ”consorted vinylene mechanism” från Rytter och Holmen. Reaktorerna adderades till förgasningsprocess, som utvecklats tidigare av PBtL gruppen, I förgasningsprocessen förgasas biomassa till syntesgas, dvs H2 och CO. För att möjliggöra en utvärdering av det efterföljande steget med separering av vax, mellandestillat och lättare kolväten så antogs en väl fungerande separation av Fischer-Tropsch produkterna. En enklare separation av med flash förångning gjordes också, dels för fortsättningen av PBtL processen och för att kunna studera tailgasrecirkulering. Ett mindre bidrag var studier av en torkningsprocess för biomassa innan inloppet till förgasningsprocessen. PBtL konceptet diskuterades även ur ett praktiskt perspektiv.  Resultaten visar att vid driftbetingelser på 210 °C, 25 bar och H2/CO = 1,95 så gav omvandlingsreaktorn en kolselektivitet för CH4 respektive C5+ på 14,77 respektive 75,40 mol% C. Högre temperatur, tryck och H2/CO förhållande i reaktorn resulterar i en högre kolselektivitet mot lägre kolväten. Vid samma driftbetingelser gav den katalysreaktorn en kolselektivitet för CH4 respektive C5+ på 7,612 respektive 86,00 mol% C. Resultaten visar att C8-C16 produktionen var högre än C17+ med avseende på molflöde men lägre beträffande massflöde för katalysreaktorn. Generellt så ökar kolselektiviteten med ökande kolnummer till ett maximum runt 13 för att sedan minska.