Prosjekteringsoppgaven om høsten i 4. årskurs er en teknisk-økonomisk studie av et prosessanlegg. Formålet med oppgaven er å avklare tekniske utforminger, problemer og utfordringer samt å foreta en overslagsberegning av de økonomiske potensialene ved prosessen. Nærmere beskrivelse av hva arbeidet omfatter finnes i studieplanen.

Liste over valgte oppgaver høsten 2004: Vil bli lagt ut her.
Valgte oppgaver i 2003: klikk her

Forside til prosjekteringsoppgaven finner du ved å klikke her .

Forslag til oppgaver høsten 2004
Oppgavene i det følgende er sortert etter hvilken av instituttets forskningsgrupper som har foreslått dem. Den som er markert ved initialer ved oppgavetittelen vil normalt være veileder for oppgaven.

Dere kan fritt velge oppgave fra hele settet, uavhengig av hvilken fordypning dere senere har tenkt å velge. Oppgaven skal utføres som prosjektarbeid i grupper på to, unntaksvis tre, studenter. Vanligvis vil hver gruppe ha en ukentlig konferansetime med veileder. I tillegg kan det være aktuelt også å konsultere andre faglærere underveis når det et nødvendig, f.eks i forbindelse med HYSYS eller MATLAB-beregninger.
Valg av oppgave tar vi til høsten like etter start av semestret. Men du oppfordres allerede nå til å blinke ut en favorittoppgave eller to og å avtale partnerskap.

Katalyse og petrokjemi

AH = Anders Holmen
EAB = Edd A. Blekkan
DeC = De Chen

EAB: Hydrogen fra biomasse
Hydrogen som energibærer er miljømessig et interessant alternativ til dagens bruk av fossile drivstoffer. Hydrogen fremstilles nå i hovedsak ved reformering av naturgass eller andre fossile råstoffer, eller ved elektrolyse av vann. Biomasse kan også være råstoff for framstilling av hydrogen. Biomasse er "CO2-nøytral", men bruk av biomasse innebærer tekniske utfordringer og vil være en mer kostbar løsning enn for eksempel bruk av naturgass som råstoff. Oppgaven går ut på å finne fram til en egnet type råstoff og teknologi for en valgt anvendelse, og gjennomføre en teknisk-økonomisk evaluering av prosessen.

AH: Framstilling av hydrogen ved splitting av vann
Oppgaven fokuserer på en prosess for framstilling av karbonfri hydrogen uten å gå veien om syntesegass som mellomprodukt. Splittingen av vann foregår som en støkiometrisk reaksjon over et høvelig metall og metalloksidet som dannes reduseres deretter i et eget trinn ved hjelp av f.eks. naturgass og hydrogen. Ved hensiktsmessig valg av reaksjonsbetingelser vil prosessen gi direkte ren hydrogen og ren karbondioksid. Oppgaven vil omfatte valg av egnet metall og en teknisk-økonomisk evaluering av prosessen. (Litt: Sanfillipo et al: One-Step-Hydrogen: a new direct route by water splitting to hydrogen with intrinsic CO2 sequestration. Stud. Surf. Sci. Catal 147 (2004) 91).

DeC: Sorption enhanced production of hydrogen
Hydrogen is a clean energy carrier, which is normally produced by steam reforming of natural gas in a large scale. The product distribution in steam reforming is determined by chemical equilibrium of steam reforming and water gas shift reactions. Water gas shift reaction and pressure swing adsorption are often needed to get high concentration of hydrogen. Selectively removing CO2 during the reaction can then shift equilibrium, making it possible to produce hydrogen with high concentration at a one step as well as at a relatively low temperature. Sorption enhanced reaction can be realized by adding solid CO2 absorbent into the reactor. The project will deal with thermodynamic and economic analysis of the system.

Prosess- systemteknikk

SiS: Prosess for hy-renhets silisium til solceller
På konferenasen Distillation'02 i Baden-Baden i sept.2002.
presenterte Bayer (Dirk Muller, G. Ronge, J.P. Schafer, H.J. Leimkuhler) mer detaljer om sin nye prosess for lage hy-renhets silisium til solceller.
For å produsere Si går man via destillasjon av SiHCl3, SiCl4 for lage SiH4.
Et anlegg for produksjon av 5000 t/r (0.6 t/h) hy-renhets silisium, har en føde på ca. 16 t/h SiHCl3.
I den nye prosessen er den store resirkulasjonen på ca. 100 t/h i destillasjonsprosessen fjernet.
De hevder at dette reduserer driftskostnader og investeringskostnader til ca. det halve.
Dette har vært en meget stor aktivitet i Tyskland, med ca. 12 partnere (mange fra universitet)
i tillegg til Bayer. Men prosessen ble solgt til firmaet Solar World i 2001, og det er ikke lenger noe arbeid på dette i Bayer.
Kopi av Bayer-paperet finnes på denne linken: http://www.nt.ntnu.no/~skoge/tmp2/silane.pdf

Oppgaven går ut på å prosjektere et anlegg lignende det som er anbefalt i patentet og eventuelt komme frem til et modifisert anlegg som kan omgå patentet.
Medveileder: Federico Zenith

FrS: Produksjon av dimetylkarbonat på Tjeldbergodden
Bakgrunn:
Statoil har søkt om konsesjon for utvidelse av metanolproduksjonen på Tjeldbergodden i Aure. Metanolproduksjonen skal økes fra 2500 MTPD til 3300 MTPD. Metanol kan være råstoff for dimetylkarbonat (DMC), som kan produseres på mange måter f.eks etter reaksjonene

1 2 CH3OH + CO + ½ O2 ? CH3-O-C(O)-O-CH3 + H2O

eller

2 CO2 + 2 CH3OH ? CH3-=-C(O)-O-CH3 + H2O

Andre reaksjonsveier finnes også.

Dimetylkarbonat brukes til en rekke formål. Blant annet vurderes det som innblanding i drivstoff for biler. Produksjonsvolumet for DMC er anslått å øke sterkt i årene som kommer (substitutt for MTBE).

I forbindelse med ønsket om nye gassanvendelser på TBO ønsker man å få utredet muligheten for etablering av et nytt DMC anlegg på stedet. Produksjonskapasiteten skal være 400 000 tonn/år

Forstudien som rapporteres skriftlig skal:
• gi en generell prosjektbeskrivelse av valgt prosess for produksjon av DMC
• definere rammebetingelsene(design basis), dvs hvilke forutsetninger som er valgt for studien (her kan det bli aktuelt å dele hjelpeanlegg etc med metanolanlegget f.eks kjølevann, ferskvann, kraft, verksted osv)
• beskrive anleggene (beskrivelse av viktige prosesstrinn, hjelpeanlegg, lagerfasiliteter, utskipingskai etc)
• vise flytskjema med masse- og energibalanser
• beskrive HMS filosofi og vurdere risiko
• beregne investeringsbehovet for anleggene
• beregne driftskostnadene for anlegget
• utføre lønnsomhets- og følsomhetsberegning
• vise tidsplan for bygging av anleggene(fra “engineeringstart” til “start up”)

Veileder vil bidra med informasjon.

Reaktorteknologi

HSV = Hallvard Svendsen

HSV: Optimalisering av konvensjonelt absorpsjonsanlegg for CO2-fjerning fra
eksosgass
Pr. i dag er konvensjonell absorpsjon med alkanolaminer den eneste kommersielt tilgjengelige framgangsmåten for fjerning av CO2 fra eksosgasser. Anlegg er allerede i bruk, og har for såvidt vært det i mange tiår, for å ta ut relativt små mengder CO2 til ulike formål som næringsmiddelbruk(Coca Cola), for EOR(Enhanced Oil Recovery) eller til drivhus. Bare noen få prosent av gass-strømmen fra et kraftverk går med til dette.
Skal CO2 fjernes for deponering vil dette alltid koste noe. I dag er kostnadene for høye, synes de fleste. Man snakker om et tillegg i kWh-prisen på kanskje 15-17 øre. Ved instituttet arbeides det med utvikling av nye kjemikalier for CO2 fjerning og med prosessforbedringer som skal kunne redusere både energiforbruket i prosessen og anleggskostnadene. Oppgaven vil gå ut på å simulere et slikt anlegg og å tilpasse energibehovet til spillvarmetilbudet fra kraftgenereringsprosessen. Videre skal vi se på forbedringer i desorberdelen av prosessen for om mulig å redusere effektforbruket til rekompresjon når CO2 skal lagres feks. i undergrunnen (Utsiraformasjonen). Hvis tiden tillater det vil vi også se på absorbent-kvalitetene og hvilke forbedringer som kan gjøres der. Prosjekteringen vil bygge på en oppgave utført i fjor og vi vil kunne ha samarbeid mot Maskinfakultetet på integrasjonen med kraftdelen.

Separasjon og renseteknikk

MBH: Etablering av membranbedrift.
Potensialet for å ta i bruk membraner for rensing og/eller separasjon av gasser i industriell skala er stort.
De mest effektive membranene er vanligvis skreddersydde for en gitt gassblanding, men disse er ofte dyre og vanskelig å fremstille for storskala anlegg. De store internasjonale selskapene prioriterer ikke å lage disse skreddersydde membranene, og de beste materialene kommer derfor sjelden lenger enn til laboratoriet.
I prosjektet skal det gjres de ndvendige beregninger og prosessvurderinger for å etablere et anlegg for å produsere ferdige moduler av gassrensemembraner i en skala som både er stort nok til pilotanlegg (skala 1:100) for uttesting av membranmoduler for innfangning av CO2 fra gasskraftverk, og til mindre fullskala moduler for forbrenningsanlegg eller andre typer separasjon.

Dette vil kreve investeringer i spesialutstyr for produksjon av hulfibermembraner, og valseutstyr for belegging av flate membraner. Det vil også kreve etablering av et velutstyrt laboratorium ("clean room") hvor det selective polymermaterialet syntetiseres og testes, og et verksted hvor de ferdige membranene monteres i moduler.
Anlegget skal kostestimeres og vurderes for en produksjon av 10 000 m2 membran i året.

Man skal i prosjektet i første rekke konsentrere seg om produksjon av én type membran for CO2 innfanging: en membran basert på polyvinylamine (PVAm). Denne skal kunne fremstilles både som flat membran og som hulfiber membran - i begge tilfeller basert på at man kjøper fra leverandør en bærestruktur av polysulfon (PSO).

NoN: Produksjon av tynnfilm kompositt-membraner (TFC-membraner) i stor
målestokk.
Man kan produsere elektrisk kraft ved å utnytte den osmotiske trykkforskjellen mellom sjøvann og ferskvann.(”saltkraft anlegg”). Prinsippet er at ferskvann diffunderer inn i saltvann som på forhånd er trykksatt gjennom membraner. Man får derved en større mengde trykkvann ut av systemet enn det som ledes inn. Denne forskjellen i vannmengde kan utnyttes i et vanlig vannkraft anlegg. Et annet alternativ er å plassere kraftanlegget lavere enn havoverflaten. Ferskvannet kan dermed utnytte en større fallhøyde enn om kraftstasjonen var på eller over havnivå. Her utnytter man det osmotiske trykket til å ”pumpe” mesteparten av ferskvannet ut i havet ved bruk av membraner. Instituttet deltar for tiden i et større prosjekt for å utvikle dette konseptet videre, og mer om prinsipp og utførelse kan dere få ved henvendelse til Nesse
Det trengs svært store membranflater for at en tilstrekkelig stor mengde ferskvann skal kunne transporteres ved hjelp av osmose. Membranen er av samme type som ved revers osmose, som i dag benyttes i stor stil til produksjon av ferskvann fra sjøvann eller brakkvann. Membranen består av et bærende, porøst sjikt som på den ene siden er belagt med et svært tynt og tett separasjonssjikt av et annet materiale enn bæresjiktet.
I denne opp gaven ønsker vi å se på hvordan et stort anlegg for produksjon av slike membraner kan se ut, og hva som blir prisen for membranene.
Det finnes en god del litteratur om slike membraner og en del mer spesifikt om framstilling.

JPA: Totalforedling av olivin
Olivsand som produseres i Åheim er et verdifullt råstoff som inneholder betydelige mengder SiO2, MgO og Fe2O3. Ved å reagere olivinsanden med svovelsyre kan man fremstille SiO2 (precipitated silica) og MgSO4*7H2O (epsom-salt) som er etterspurte produkter på verdensmarkedet. Eieren av anlegget i Åheim ønsker å få utredet lønnsomheten av et anlegg for produksjon av precipitated silica og epsom-salt i Norge. Fabrikkanlegget skal ha en kapasitet på 32 000 tonn olivinsand per år. Svovelsyren er tenkt innkjøpt fra Norzink i Odda. Forbrukere av produktene er bilindustrien (precipitated silica) og gjødningsindustrien (Epsom – salt).

Forstudien som rapporteres skriftlig skal:
:• gi en generell prosjektbeskrivelse av valgt prosess for produksjon av precipitated silica og epsom-salt
• definere rammebetingelsene(design basis), dvs hvilke forutsetninger som er valgt for studien
• beskrive anlegget (beskrivelse av viktige prosesstrinn, hjelpeanlegg, lagerfasiliteter, utskipingskai etc)
• utarbeide flytskjema med masse- og energibalanser
• beskrive HMS filosofi og vurdere risiko
• beregne investeringsbehovet for anlegget
• beregne driftskostnadene for anlegget
• utføre en lønnsomhets- og følsomhetsberegning
• vise tidsplan for bygging av anleggene

Papir og fiberteknologi

Kontaktperson ved Nordic Paper Greåker: Terje Unneberg