Vers la valorisation des déchets industriels : production de bio-DME à partir de biogaz

Toward industrial waste valorization : Bio-DME production from biogas feedstock

• Auteur / Autrice : Matteo Fedeli
• Direction : Ludovic Montastruc, Flavio Manenti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 07/03/2024
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....) en cotutelle avec Politecnico di Milano
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Raffaella Ocone
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ludovic Montastruc, Flavio Manenti, Raffaella Ocone, Giulia Luisa Bozzano
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antonio Espuña, Magne Hillestad

Mots clés

Mots clés contrôlés

Procédés de fabrication

Biogaz

Mots clés libres

Biorafinneries

Biomasse

Chimie verte

Biorefineries

Biomass

Green chemistry

Résumé

Cette thèse étudie la faisabilité industrielle du bio-diméthyléther (bio- DME) production à partir de biogaz. L'étude comprend une exploration approfondie, y compris une comparaison technico-économique et environnementale complète des utilisations du biogaz conventionnel et alternatif, analyse du comportement dynamique du procédé bio-DME, évaluations économiques de la production directe et indirecte de DME méthodes, et la proposition d'un procédé innovant de synthèse de bio-DME mettant en vedette des catalyseurs à haute activité de CO2 et un réacteur sous licence du Politecnico di Milano. Utilisation d'outils de simulation avancés (Aspen HYSYSv11, Aspen PLUSv11,AVEVA™Dynamic Simulation), logiciel d'évaluation de l'impact environnemental (SimaPro) et l'analyse du processus de hiérarchie analytique (AHP) avec Matlab, le la recherche donne des résultats significatifs. La simulation dynamique révèle une schémas de conception, et le processus bio-DME proposé atteint un état stable condition en environ 11 heures, produisant un produit pur à 99,9 % à un taux de 16 800 tonnes/an. L’étude comparative entre DME direct et indirect les méthodes de production indiquent des niveaux de rentabilité similaires mais avec des distinctions dans l’investissement initial en capital et les coûts opérationnels. Par ailleurs, l'environnement l'évaluation d'impact démontre que la production de bio-DME présente des résultats supérieur performance environnementale, en particulier dans des catégories telles que le réchauffement climatiqu potentiel (GWP), écotoxicité, utilisation des terres et utilisation de l’eau. L'étude soulign le rôle essentiel des incitations gouvernementales dans la production de bio-DME économiquement viable et écologiquement durable. Cette recherche contribue des informations précieuses sur le domaine de la production d'énergie durable, mettant en évidence le potentiel de la synthèse du bio-DME et l’importance du processus innovant configurations.

This Ph.D. thesis investigates the industrial feasibility of bio-dimethyl ether (bio- DME) production from biogas. The study encompasses a thorough exploration, including a comprehensive techno-economic-environmental comparison of conventional and alternative biogas utilization, dynamic behavior analysis of the bio-DME process, economic evaluations of direct and indirect DME production methods, and the proposal of an innovative bio-DME synthesis process featuring high CO2 activity catalysts and a licensed reactor from Politecnico di Milano. Utilizing advanced simulation tools (Aspen HYSYSv11, Aspen PLUSv11, AVEVA™Dynamic Simulation), environmental impact assessment software (SimaPro), and Analytical Hierarchy Process (AHP) analysis with Matlab, the research yields significant results. The dynamic simulation reveals optimal design layouts, and the proposed bio-DME process achieves a steady-state condition in approximately 11 hours, producing 99.9% pure product at a rate of 16,800 tons/year. The comparative study between direct and indirect DME production methods indicates similar profitability levels but with distinctions in initial capital investment and operational costs. Furthermore, the environmental impact assessment demonstrates that bio-DME production exhibits superior environmental performance, particularly in categories such as global warming potential (GWP), ecotoxicity, land use, and water usage. The study emphasizes the critical role of government incentives in making bio-DME production economically viable and environmentally sustainable. This research contributes valuable insights into the field of sustainable energy production, highlighting the potential of bio-DME synthesis and the significance of innovative process configurations.