Power-to-X . Simulation and Evaluation of Membrane Reactors for the Production of Renewable Methanol

Abstract

El metanol renovable parece ser uno de los productos Power-2-X más prometedores, ya que puede utilizarse en el sector del transporte como combustible, en la industria química como materia prima y en el sector energético a través de las pilas de combustible. El e-Metanol puede obtenerse combinando el hidrógeno producido por electrólisis (a partir de H2O y el exceso de energías renovables) con el CO2 procedente de los procesos de captura de carbono. Sin embargo, uno de los mayores retos en la síntesis de metanol es la limitación del rendimiento de metanol debido al equilibrio químico: en la mayoría de los casos, sólo se puede conseguir un rendimiento de metanol inferior al 30% en una sola pasada del reactor. Una posible solución podría ser el uso de reactores de membrana, que permiten separar in situ el agua que se forma durante la reacción del metanol, y así sortear la limitación del equilibrio. En este sentido, el objetivo de esta tesis es apoyar esta investigación dentro del proyecto E2Fuel de la Universidad Técnica de Munich (TUM), evaluando, analizando y simulando el aumento del rendimiento y la eficiencia de la síntesis de metanol renovable mediante el uso de reactores de membrana y, posteriormente, confirmar la viabilidad y eficacia de esta posible solución.

Renewable Methanol seems to be one of the most promising Power-2-X products, since it can be used in the transport sector as a fuel, in the chemistry industry as a feedstock and in the energy sector via fuel cells. e-Methanol can be obtained by combining hydrogen produced by electrolysis (trough H2O and surplus of renewable energies) with CO2 from carbon capture processes. However, one of the biggest challenges in methanol synthesis is the limitation of the methanol yield due to the chemical equilibrium: in most cases, only less than 30% methanol yield can be achieved in one reactor run. One possible solution could be the use of membrane reactors, which enable an in-situ separation of water formed during the reaction of methanol, and thus could circumvent the equilibrium limitation. In this sense, the aim of this thesis is to support this research within the E2Fuel project at Technical University of Munich (TUM), by evaluating, analyzing and simulating the yield and efficiency increase of renewable methanol synthesis through the use of membrane reactors and then, confirm the viability and effectivity of this possible solution.