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Publicação
Estudo Técnico-Económico do Processo de Produção de Metanol a partir de CO2
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
A utilização de CO2 como fonte de carbono em alternativa à utilização de combustíveis fósseis para obtenção de produtos com aplicação no sector químico e/ou energético está atualmente a atrair o interesse de diversos sectores da sociedade. Esta estratégia pretende valorizar economicamente o CO2 indo diretamente ao encontro da desejada transição para uma economia circular.
Esta dissertação visa analisar a viabilidade técnico-económico da conversão direta de CO2 em metanol, nomeadamente através da hidrogenação de CO2. Para tal, procedeu-se à realização da simulação do processo no programa Aspen Plus, obtendo-se balanços de massa e de energia para duas unidades de produção de metanol com capacidades distintas (8 kt/ano e 21 kt/ano). Estas insta-lações foram comparadas por meio de uma avaliação económica com a possibilidade de se comprar hidrogénio aos fornecedores ou produzir diretamente dentro da instalação de metanol com uma unidade de eletrólise alcalina incorporada. Adicionalmente, utilizou-se o programa Aspen Energy Analyzer, a fim de otimizar a rede de permutadores de calor. Por último,
foi realizada a análise de sensibilidade das variáveis selecionadas com maior incerteza associada.
Os resultados obtidos, revelam uma elevada taxa de conversão de CO2 e obteve-se o grau de pureza desejado para o metanol. O cenário selecionado para reaproveitamento energético propõe uma poupança de utilidades igual a 66 %. Já análise de sensibilidade revelou que a possibilidade de se vender o oxigénio produzido pelo eletrolisador é o parâmetro que influencia de forma mais significativa a redução do preço de metanol. Assim sendo, quando se compara a opção de comprar hidrogénio com a de incluir o eletrolisador na unidade fabril, concluiu-se que comprar hidrogénio não é viável atualmente, mesmo para as instalações de capacidade reduzida, evidenciando que para se aumentar o desempenho económico é imprescindível a venda de oxigénio.
The utilization of CO2 as a carbon source replacement for fossil fuels in the chemical/ener-getic sector intends on increasing the economic value of CO2 directly contributing to the transition to a circular economy. This strategy is currently drawing the attention of several other sectors. This dissertation aims to evaluate the techno-economic potential of the direct conversion of carbon dioxide to methanol, namely through CO2 hydrogenation. For this purpose, Aspen Plus has been used to carry out process simulation in order to obtain mass and energy balances. Two different plant capacities for methanol production (8 kt/year and 21 kt/year) were compared by means of eco-nomic analysis with the option of buying the hydrogen or producing it directly on alkaline electrolysis plant attached to the methanol plant. Additionally, several scenarios for energy integration were pro-posed by Aspen Energy Analyzer to optimize the heat integration of a process. Finally, a sensitivity analysis has been performed varying costs with greater uncertainty. As a result, it was achieved a desired degree of methanol purity, with a high carbon dioxide conversion rate. The final integration proposal suggests a total of 66 % utility savings. Meanwhile, the sensitivity analysis revealed that the influence of the oxygen selling option produced by the electrolyzer had the most significant effect from the economic point of view in reducing the methanol price. So, when comparing owning an alkaline electrolysis plant with purchasing hydrogen, it was revealed that the purchasing option is not feasible even for smaller plants, since oxygen selling is mandatory, in order to increase the economic performance.
The utilization of CO2 as a carbon source replacement for fossil fuels in the chemical/ener-getic sector intends on increasing the economic value of CO2 directly contributing to the transition to a circular economy. This strategy is currently drawing the attention of several other sectors. This dissertation aims to evaluate the techno-economic potential of the direct conversion of carbon dioxide to methanol, namely through CO2 hydrogenation. For this purpose, Aspen Plus has been used to carry out process simulation in order to obtain mass and energy balances. Two different plant capacities for methanol production (8 kt/year and 21 kt/year) were compared by means of eco-nomic analysis with the option of buying the hydrogen or producing it directly on alkaline electrolysis plant attached to the methanol plant. Additionally, several scenarios for energy integration were pro-posed by Aspen Energy Analyzer to optimize the heat integration of a process. Finally, a sensitivity analysis has been performed varying costs with greater uncertainty. As a result, it was achieved a desired degree of methanol purity, with a high carbon dioxide conversion rate. The final integration proposal suggests a total of 66 % utility savings. Meanwhile, the sensitivity analysis revealed that the influence of the oxygen selling option produced by the electrolyzer had the most significant effect from the economic point of view in reducing the methanol price. So, when comparing owning an alkaline electrolysis plant with purchasing hydrogen, it was revealed that the purchasing option is not feasible even for smaller plants, since oxygen selling is mandatory, in order to increase the economic performance.
Descrição
Palavras-chave
Aspen Plus Avaliação económica Hidrogenação de CO2 Metanol