Återvinning av lågvärdiga alkoholer i bioraffinaderier
(2024) KETM05 20241Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
- Abstract
- Recycling solvents used in the synthesis of biofuels is of great importance to create a sustainable process and economic benefits. This thesis investigates the recycling of ethanol and butanol from bio-oil, which are used as solvents in a biorefinery process. Distillation showed high potential and was further investigated through simulations and laboratory verification. The study utilized the NRTL model for simulation in Aspen Plus. The discussions revolved around process design considerations, energy requirements, and investment costs associated with each distillation column. Laboratory verification could not completely confirm simulation results, but generated results in the same direction, indicating successful separation with... (More)
- Recycling solvents used in the synthesis of biofuels is of great importance to create a sustainable process and economic benefits. This thesis investigates the recycling of ethanol and butanol from bio-oil, which are used as solvents in a biorefinery process. Distillation showed high potential and was further investigated through simulations and laboratory verification. The study utilized the NRTL model for simulation in Aspen Plus. The discussions revolved around process design considerations, energy requirements, and investment costs associated with each distillation column. Laboratory verification could not completely confirm simulation results, but generated results in the same direction, indicating successful separation with deviations attributed to experimental constraints. Further analysis suggested avenues for refinement, including extensive characterization of bio-oil components, exploration of combined separation techniques and scaling up the laboratory equipment for closer emulation of industrial conditions. Overall, the study demonstrates the potential of distillation as a viable method for solvent recovery in biorefineries, while also identifying opportunities for future research and development to further improve the separation and scalability. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Destillation: Nyckeln för hållbara bioraffinaderier?
I jakten på hållbara energilösningar har biobränslen seglat upp som en lovande kandidat. Att producera dem hållbart och effektivt är dock inte utan sina utmaningar. Ett avgörande steg i en ny lovande process är användningen och återvinningen av de stora mängder lösningsmedel som används, vilket kan ha avgörande ekonomiska och miljömässiga fördelar. I ett nyligen genomfört examensarbete har man undersökt just detta, med fokus på destillation som nyckeln för återvinning av etanol och butanol vid tillverkning av bioolja från bark.
Flera olika metoder för att tillverka biobaserad olja har föreslagits med åren. Dessa oljor har alla samma syfte, att ersätta och komplettera nutidens... (More) - Destillation: Nyckeln för hållbara bioraffinaderier?
I jakten på hållbara energilösningar har biobränslen seglat upp som en lovande kandidat. Att producera dem hållbart och effektivt är dock inte utan sina utmaningar. Ett avgörande steg i en ny lovande process är användningen och återvinningen av de stora mängder lösningsmedel som används, vilket kan ha avgörande ekonomiska och miljömässiga fördelar. I ett nyligen genomfört examensarbete har man undersökt just detta, med fokus på destillation som nyckeln för återvinning av etanol och butanol vid tillverkning av bioolja från bark.
Flera olika metoder för att tillverka biobaserad olja har föreslagits med åren. Dessa oljor har alla samma syfte, att ersätta och komplettera nutidens dominanta fossila energikällor. Beroende på val av råvara och produktionsmetod får oljan olika egenskaper och fördelar. Bark och andra skogsbaserade råvaror är intressanta ur ett svenskt perspektiv och ger i det här fallet en bioolja som kräver en rigorös användning av lösningsmedel i tillverkningen. För att oljan ska bli ekonomiskt gångbar behöver dessa återvinnas i största möjliga mån.
De två lösningsmedlen som hanteras är etanol och butanol. Dessa är två ofärgade och klara vätskor med kokpunkter likt vatten. Biooljan däremot är en trögflytande och mörk vätska, som enbart innehåller ett fåtal ämnen med kokpunkt vid vattnets kokpunkt eller lägre. En separation av dessa framstår därför som tämligen enkel, med tanke på de fysikaliska skillnaderna. Främst tre metoder undersöktes, och dessa åsökte att separera utifrån löslighet, molekylstorlek samt kokpunkt. Dessa var vätske-vätske-extraktion, membranseparation respektive distillation.
Destillation är en välkänd process inom kemiteknik, där olika ämnen separeras från varandra genom upphettning och ångbildning följt av kondensation. Genom att utnyttja denna metod, bekräftade både simuleringar och experiment att båda lösningsmedel effektivt kunde separeras från barkbaserad bioolja.
Biooljan innehåller även lite vatten, vilket fördelar sig i både biooljan och etanolen efter destillation. Detta leder till att etanolen späds ut med vatten varje varv som den återcirkuleras. Detta löses genom ytterligare en kolonn där en ytterligare komponent, etylenglykol, tillsätts som förenklar separationen.
Simuleringarna resulterade i ett system med fyra destillationstorn, ett för separation av etanol från biooljan, ett för separationen av butanol från biooljan, ett för upprening av etanol från den första kolonnen, samt ett för upprening av etylenglykol från vatten i den fjärde kolonnen. Med hjälp av dessa fyra destillationstorn kan biooljan separeras från båda lösningsmedel med ungefär 0,5 % förlust. Även lösningsmedlen erhåller små förluster under separationen.
Sammanfattningsvis visar denna studie på destillationens potential som en central komponent för återvinning av lösningsmedel inom bioraffinaderier. Med fortsatt forskning och utveckling kan denna metod ytterligare förbättra processens hållbarhet och ekonomiska lönsamhet, vilket i slutändan kan leda till en mer hållbar och effektiv produktion av biobränslen. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9164887
- author
- Nilsson, William LU and Jensen, Martina LU
- supervisor
- organization
- course
- KETM05 20241
- year
- 2024
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Bioolja, destillation, bio-oil, separation, kemiteknik
- language
- Swedish
- id
- 9164887
- date added to LUP
- 2024-06-20 13:52:28
- date last changed
- 2024-06-20 13:52:28
@misc{9164887,
abstract = {{Recycling solvents used in the synthesis of biofuels is of great importance to create a sustainable process and economic benefits. This thesis investigates the recycling of ethanol and butanol from bio-oil, which are used as solvents in a biorefinery process. Distillation showed high potential and was further investigated through simulations and laboratory verification. The study utilized the NRTL model for simulation in Aspen Plus. The discussions revolved around process design considerations, energy requirements, and investment costs associated with each distillation column. Laboratory verification could not completely confirm simulation results, but generated results in the same direction, indicating successful separation with deviations attributed to experimental constraints. Further analysis suggested avenues for refinement, including extensive characterization of bio-oil components, exploration of combined separation techniques and scaling up the laboratory equipment for closer emulation of industrial conditions. Overall, the study demonstrates the potential of distillation as a viable method for solvent recovery in biorefineries, while also identifying opportunities for future research and development to further improve the separation and scalability.}},
author = {{Nilsson, William and Jensen, Martina}},
language = {{swe}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Återvinning av lågvärdiga alkoholer i bioraffinaderier}},
year = {{2024}},
}