Methanol production via solar reforming of methane

von Storch, Henrik; Bardow, André; Hoffschmidt, Bernhard

doi:34901

Methanol production via solar reforming of methane = Methanolherstellung durch solare Reformierung von Methan

von Storch, Henrik

2016

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Henrik von Storch

ImpressumAachen 2016

Umfang1 Online-Ressource (XX, 177 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen, 2016

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Hoffschmidt, Bernhard (Thesis advisor) ; Bardow, André (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-06-27

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-057448
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/661077/files/661077.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/661077/files/661077.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Lehrstuhl für Solare Komponenten (DLR) (421010)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
CSP (frei) ; solar fuels (frei) ; reforming (frei) ; solar energy (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
In der vorliegenden Arbeit wird ein solarer Reformierungsprozess zur Methanolherstellung untersucht. Der Prozess stellt eine Möglichkeit dar, die mit diesem Herstellungsprozess verbundenen Treibhausgasemissionen zeitnah bedeutend zu reduzieren. Hiermit wäre ein wesentlicher Schritt in der Entwicklung einer nachhaltigeren Chemieindustrie geleistet. Darüber hinaus lässt sich Methanol auch als Brennstoff einsetzen. So kann Methanol einen Beitrag zu einer klimaschonenderen Energieversorgung leisten, wenn er durch solare Reformierung produziert wird.Zunächst wurde in der Arbeit ein Gesamtprozess auf Basis der indirekt beheizten solaren Reformierung entwickelt. Hierbei war ein Ziel die anfallenden Abwärmeströme zu nutzen. Infolgedessen wird ein großer Teil der Abwärme in einem Wasser-Dampf-Kreislauf zur Stromproduktion genutzt, da es hierfür keine sinnvolle Verwendung im Prozess gibt. Darüber hinaus wird der Off-Gas-Strom der Methanolsynthese teilweise zur Stromproduktion eingesetzt.Der entwickelte Prozess nutzt Sonnenenergie und Erdgas und produziert hieraus Methanol und elektrischen Strom. Das Verhältnis der verschiedenen Ströme zueinander ist hierbei durch Parametervariation veränderbar. Eine Optimierung mit herkömmlichen Bewertungskriterien wie Energie- oder Exergiebilanzen ist daher nicht möglich. Folglich wurde ein Bewertungskriterium entwickelt, dass auf dem Ziel basiert den Verbrauch der Fossilen Rohstoffe und die damit verbundenen Treibhausgasemissionen zu reduzieren.Auf Basis dieses Bewertungskriteriums wurde der Prozess mithilfe von Parametervariationen optimiert. Die Ergebnisse zeigen, dass der Prozess das Potential hat Sonnenenergie effektiver zu nutzen, als dies bei der reinen Stromproduktion der Fall ist. Eine anschließende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigte, dass der Prozess zur konventionellen Sonnenenergienutzung theoretisch konkurrenzfähig ist. In der Praxis müssten hierfür jedoch entsprechende Fördermechanismen, wie sie für die Stromproduktion existieren, für die Herstellung von Chemierohstoffen eingeführt werden.

In the present work, a solar reforming process for production of methanol was investigated. With this process, it is possible to reduce the greenhouse-gas emissions associated with the production of methanol significantly in the near-term future. This would be a significant step in the development of a more sustainable chemical industry. Furthermore, methanol can be applied as a fuel. Thus, methanol can contribute to a more climate friendly energy supply, if it is produced via solar reforming.First of all, the overall reforming process was developed based on the concept of indirectly heated solar reforming. One central aspect of this was to make use of the waste-heat streams. As a consequence a large fraction of the off heat is converted into electricity in a water steam cycle, because no other demand exists for this heat. Furthermore, the off-gas stream of the methanol synthesis is partly used for additional electricity production.The developed process uses solar energy and natural gas to produce methanol and electricity. The ratio between the different streams can be changed by parameter variation. An optimization of the process with conventional criteria such as energy- or exergy-balances is therefore not possible. Thus, a new evaluation criterion was developed. This criterion is based on the target to reduce fossil fuels reduction and the associated greenhouse-gas emissions.Based on this evaluation criterion, the process was optimized by parameter variation. The results show that the process has the potential to make more efficient use of solar energy than is the case for sole production of electricity. A subsequent economic investigation showed that the developed process can in theory be competitive with conventional solar energy utilization. However, in practice support mechanism, as they exist for solar electricity production, would have to be implemented for solar production of chemical feedstocks.

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