The technical feasibility of gasoline and diesel range hydrocarbons production through oligomerisation of olefins, starting from biomass with the intermediary steps of gasfication, water-gas shift reaction and syngas-to-olefins synthesis was investigated, through mathematical modelling and simulation on Matlab. The model for the gasifier was based on minimisation of Gibbs free energy and its results showed that higher carbon efficiencies could be achieved at lower pressures and steam inlet, and more inlet energy, by pre-heating the gasifying agents. The water-gas shift reactor was used to increase the ratio of hydrogen to carbon monoxide from the gasifier, before entering the syngas-to-olefins process. A 1-D model was employed to determine the concentration, temperature, and pressure profiles in the reactor. High inlet pressure and temperature were shown to be beneficial, by requiring smaller reactors for the desired ratios to be reached. Experimental data from scientific literature was used for empirical modelling of the Fischer-Tropsch reactor. Partial pressure of CO and H2 amounting to 1 bar, high temperature and H2/CO showed better production of the low olefins. A reaction mechanism and accordingly, rate equations were developed and employed in a plug-flow type reactor model, calculating the concentration profile of the olefins up to C20. High pressures were favourable for the production of heavier fractions, while elevated temperatures showed to cause more cracking of heavy hydrocarbons and consequently, less conversion. Based on the results of individual reactors, an integrated process flow diagram was suggested and optimised for maximum production of low olefins to the oligomerisation reactor (C2-4). The optimisation showed overall carbon efficiency of the process to be around 20%. The reason for this was associated with the choice of catalyst in the FTO process, due to its high selectivity to carbon dioxide. / Den tekniska genomförbarheten av bensin- och dieselproduktion genom oligomerisering av olefiner, från biomassa via förgasning, vatten-gasförskiftsreaktion och syngas-till-olefiner syntes undersöktes genom matematisk modellering och simulering på Matlab. Förgasningsmodellen baserades sig på Gibbs energi minimisering. Ju mindre förgasningstryck desto högre uppnås koleffektivitet. Vatten-gasskift reaktorn användas för att anpassa väte/kolmonoxid förhållande från förgasningsreaktorn till syngas till olefiner rektorn. En 1-D modell utvecklades och beräknade reaktorns koncentrationer, temperatur och tryckprofiler. Högre inlopps tryck och temperaturer leder till mindre reaktorer. Experimentella data från vetenskaplig litteratur användes för att modellara Fischer-Tropsch reaktorn (syngas till olefiner). Partialt tryck av CO och H2 lika med 1 bar, hög temperatur och H2 / CO visade högre produktion av lätta olefiner. En reaktionsmekanism och följaktligen hastighetsekvationer utvecklades för oligomerisering och användades i en pluggflödesreaktor. Modellen beräknade koncentrationer profiler av olefiiner upp till C20.Högre tryck producerar tyngre fraktioner (diesel) medan högra temperaturer främjar krakning. Baserat på resultaten från enskilda reaktorer föreslogs ett integrerat processflödesdiagram och optimerades för maximal produktion av låga olefiner till oligomeriseringsreaktorn (C2-4). Optimeringen visade att den totala koleffektiviteten i processen var cirka 20%. Anledningen till detta var förknippat med valet av katalysator i FTO-processen på grund av dess höga selektivitet för koldioxid.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-282822 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Mirzaei, Nima |
| Publisher | KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-CBH-GRU ; 2020:264 |
Page generated in 0.0025 seconds