Thermo-economic optimisation of the polygeneration of synthetic natural gas (SNG), power and heat from lignocellulosic biomass by gasification and methanation

After a brief review of the current research on the production of synthetic natural gas (SNG) from lignocellulosic biomass by gasification and methanation, this paper presents detailed thermo-economic process optimisation of the polygeneration of SNG, power and heat. Based on a previously developed model, all suitable candidate configurations of a superstructure of promising technologies for the individual conversion steps are optimised with respect to the overall efficiency and investement cost with an evolutionary, multi-objective algorithm. In an extensive analysis, the influence of process technology, operating conditions and process integration on the thermo-economic performance is discussed and the best technology matches are determined. Systematically optimised flowsheets might thereby convert 66 to 75% of the dry wood’s lower heating value to SNG while cogenerating a considerable amount of power and/or industrial heat. In order to provide a general database of optimal plant configurations, cost exponents that quantify the economies of scale are regressed, and the most profitable flowsheets are identified for different energy price scenarios and scale. A comparison with current literature on SNG production from biomass reveals the potential of applying such systematic process systems engineering approaches for the design of energy- and cost-efficient biofuel plants.

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Concepts associés (4)

Lignocellulose

La lignocellulose est composée de lignine, d’hémicellulose et de cellulose en proportions variables. Elle est très présente dans la paroi des cellules des végétaux, du bois et de la paille. Ses molécules s’organisent en polymères et ont une structure fibrillaire. Actuellement, la lignocellulose attire l'attention car elle pourrait consister en la source du bioéthanol lignocellulosique. En effet, la cellulose contient du glucose, qui, une fois extrait, peut être converti en éthanol par fermentation.

Biomass (energy)

Biomass, in the context of energy production, is matter from recently living (but now dead) organisms which is used for bioenergy production. Examples include wood, wood residues, energy crops, agricultural residues including straw, and organic waste from industry and households. Wood and wood residues is the largest biomass energy source today. Wood can be used as a fuel directly or processed into pellet fuel or other forms of fuels. Other plants can also be used as fuel, for instance maize, switchgrass, miscanthus and bamboo.

Énergie (physique)

En physique, l'énergie est une grandeur qui mesure la capacité d'un système à modifier un état, à produire un travail entraînant un mouvement, un rayonnement électromagnétique ou de la chaleur. Dans le Système international d'unités (SI), l'énergie s'exprime en joules et est de dimension . Le mot français vient du latin vulgaire energia, lui-même issu du grec ancien / enérgeia. Ce terme grec originel signifie « force en action », par opposition à / dýnamis signifiant « force en puissance » ; Aristote a utilisé ce terme , pour désigner la réalité effective en opposition à la réalité possible.