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Sudiro, Maria (2008) Alternative processes for the production of biofuels and synthetic fuels: development, simulation and optimization. [Ph.D. thesis]

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Abstract (english)

The research project of this PhD thesis was the development of alternative processes for the
production of biofuels and synthetic fuels. The work consisted mainly modelling, process
simulation and optimization, with an additional experimental part about the production of
bioethanol by glucose fermentation.
Regarding this part, a pilot reactor has been built in order to measure the kinetics of
fermentation under CO2 pressure and interesting results, at different conditions, have been
obtained.
About bioethanol also a simulation work has been done: a first generation process production
of bioethanol has been optimized. Then the interest was focused on the development and
modelling of alternative processes for the production of synthetic fuels from coal (Coal to
Liquid or CTL). Innovative and alternative solutions have been developed especially for the
gasification section. Two configurations for gasification were proposed and verified in order
to carried out the gasification with air instead of oxygen, without diluting the syngas produced
with nitrogen. For each process considered the analysis began with the thermodynamic study
and, after that, kinetics and mass transfer have been considered. Performances of the different
processes developed have been evaluated, regarding to energy efficiency and environmental
impact (CO2 emissions), obtaining significant improvements compared with existing
technologies. Finally, a simplified economic and financial analysis was attempted.

Abstract (italian)

Il progetto di ricerca di questa tesi di dottorato ha riguardato lo sviluppo di processi alternativi
per la produzione di biocarburanti e carburanti di sintesi. Il lavoro svolto è stato
prevalentemente di modellazione, simulazione e ottimizzazione di processo, a cui si è
aggiunta una parte sperimentale sulla produzione di bioetanolo.
Per quanto riguarda quest’ultima, si è costruita un’apparecchiatura per misurare le cinetiche di
fermentazione alcolica sotto pressione di CO2, e si sono ottenuti risultati interessanti a diverse
condizioni di lavoro.
Anche una parte del lavoro di simulazione ha riguardato il bioetanolo, di cui è stato
ottimizzato un processo di produzione di prima generazione. Poi l’interesse si è focalizzato
sullo sviluppo e sulla modellazione di processi alternativi per la produzione di combustibili
sintetici da carbone (Coal to Liquid o CTL). Si sono messe a punto soluzioni innovative ai
processi esistenti soprattutto per la sezione di gassificazione. Sono state proposte e verificate
mediante simulazione due idee per realizzare la gassificazione del carbone con aria, senza
diluire il gas di sintesi prodotto. Per ogni processo considerato l’analisi è iniziata con lo studio
termodinamico per poi includere anche gli aspetti cinetici e di trasporto di materia. Si sono
valutate le prestazioni dei processi proposti, con riferimento all’efficienza energetica e
all’impatto ambientale (emissioni di CO2), ottenendo risultati decisamente migliorativi
rispetto alle tecnologie esistenti. Si è abbozzata infine un’analisi economico-finanziaria.

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EPrint type:Ph.D. thesis
Tutor:Bertucco, Alberto
Ph.D. course:Ciclo 21 > Scuole per il 21simo ciclo > INGEGNERIA INDUSTRIALE > INGEGNERIA CHIMICA
Data di deposito della tesi:22 January 2009
Anno di Pubblicazione:31 December 2008
Key Words:biofuels, synthetic fuels, modelling, optimization, coal gasification, Fischer-Tropsch
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/25 Impianti chimici
Struttura di riferimento:Dipartimenti > pre 2012 - Dipartimento di Principi e Impianti di Ingegneria Chimica "I. Sorgato"
Codice ID:1366
Depositato il:22 Jan 2009
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