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.
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.
God sommer !

Katalyse og petrokjemi

AH = Anders Holmen
EAB = Edd A. Blekkan
DeC = De Chen
MR = Magnus Rønning
EH = Egil Haanæs
KM = Kjell Moljord (Statoil/NTNU)

AH-1: Syntesegass fra biomasse.

AH-2: Prosess for fremstilling av syntesegass fra biomasse.
Det er sterkt økende interesse for bruk av biomasse som energikilde og råstoff for kjemisk industri. Oppgaven består i en prosjektering av et anlegg for framstilling av syntesegass (CO/H2) fra biomasse i en størrelse som passer for et anlegg for framstilling av drivstoffer. Oppgaven inkluderer valg av råstoffkilde (type biomasse), valg av prosess og prosjektering og økonomisk analyse.

EAB-1: Prosess for framstilling av dimetyleter (DME) fra syntesegass.
Dimetyleter (DME) er foreslått som et alternativ til diesel. DME fremstilles fra metanol eller syntesegass. Syntesegassen kan fremstilles fra fossile kilder (olje, naturgass) eller fra biomasse. Oppgaven består i prosjektering av synteseanlegget for DME med økonomisk analyse, og en vurdering av egenskapene som drivstoff.

DeC-1: Process of catalytic synthesis of carbon nanofibers/nanotubes
Carbon nanofibers and nanotubes are new materials with many unique properties, which lead to many applications. Catalytic decomposition of hydrocarbons on metal catalysts such as Ni, Fe and Co is a promising routine for commercial production of carbon nano materials. The project will focus on sensitivity analysis of operating conditions and reactor on the price of the products.

MR-1: Prosess for fotokatalytisk framstilling av metanol fra CO2 og H2O
På grunn av store globale utslipp av CO2 er det ønskelig å utvikle prosesser hvor CO2 reintroduseres i systemet som en rimelig karbonkilde for å produsere kjemikalier og energi. Fotokatalytisk reduksjon av CO2 til hydrokarboner ved hjelp av rimelige og fornybare ressurser som H2O, sollys og en fotokatalysator er en mulig anvendelse av CO2. Prosessen kan enten foregå ved at CO2 blir selektivt omsatt til metanol, eller via metan som fotokatalytisk kan omdannes videre til metanol.
Et av problemene med prosessen er å finne katalysatorer som gir nødvendig utbytte av metanol og som er i stand til å utnytte sollyset med høy nok virkningsgrad. Det hevdes at en virkningsgrad på ca. 15% vil kunne gjøre prosessen kommersielt interessant, i tillegg til at CO2 utslipp reduseres.
Det skal prosjekteres et anlegg for denne prosessen med utgangspunkt i nye, selektive katalysatorer for framstilling av metanol.
Referanselitteratur: C. E. Taylor and R. P. Noceti, Catal. Today 55(3) ( 2000) 259
M. Anpo, M. Takeutchi, J. Catal. (2003) In press

KM-1: Anlegg for reduserte NOx-utslipp fra raffineri.
Utslippskravene for NOx-utslipp fra industri blir stadig strengere.
Raffineriindustrien vurderer ulike strategier for å møte de nye kravene. Raffineri med FCC-anlegg (dvs. katalytisk cracking) vil oppnå mye ved tiltak som redusererer NOx-utslippene fra FCC-anlegget. Denne oppgaven dreier seg om prosjektering av tiltak for oppnå en viss rensegrad mhp
NOx-utslipp fra regeneratoren i et FCC-anlegg. Oppgaven inkluderer evaluering og valg av foretrukken løsning, som deretter skal beskrives teknisk og økonomisk.

EH-1: Framstilling av lineær lavtetthets polyeten, LLDPE, ved gassfaseprosessen.
Polymerisasjonen av eten er en eksoterm og meget hurtig reaksjon. Mange prosessalternativer er i bruk industrielt, slik som polymerisasjon i løsning, i slurry eller i gassfase.
Ved den konvensjonelle gassfaseprosessen foregår polymerisasjonen adiabatisk i en "fluid bed" reaktor. På grunn av begrensning på tillatt temperaturøkning i reaksjonsblandingen (for å unngå smelting av polymeren), er omsetningsgrad pr gjennomløp begrenset til 2-5 %. Konsekvensen av dette er at store volumer av uomsatt gass må resirkuleres.
Tettheten av polymeren reguleres ved kopolymerisasjon med alfa-olefiner. Enkelte av disse olefinene, feks 1-heksen kan kondenseres ved vannkjøling. Ved en slik delvis kondensasjon av resirkulasjonsstrømmen øker strømmens varmekapasitet, og omsetningsgrad pr gjennomløp kan økes tilsvarende.

Det skal utarbeides et forprosjekt for et gassfaseanlegg med delvis kondensasjon av resirkulasjonsstrømmen.

EH-2: Framstilling av eddiksyre ved karbonylering av metanol.
Dette er en av de relativt få homogent katalyserte prosesser som har et årlig produksjonsvolum større enn 1 million tonn. Industrielt brukes en Rh-basert katalysator. Det er nå utviklet en Ir-basert
katalysator som påstås å ha både høyere aktivitet og selektivitet. Den nye katalysatoren kan føre til en enklere og mer økonomisk prosess.
Det skal utarbeides et forprosjekt basert på den nye katalysatoren.

EH-3: Framstilling av polypropylen.
Flere alternative polymerisasjonsprosesser foreligger, både gassfase- og væskefaseprosesser. Som råstoff benyttes vanligvis “polymerization grade” propylen med et propylen-innhold på min. 99,5%, resten inert (vesentlig propan).

“Polymerization grade” propylen kan framstilles fra blandinger av forskjellige lavere hydro-karboner. Siste trinn er separasjon av en blanding av propylen og propan. Dette er en meget krevende og kostbar prosess.

Både ved gassfase- og væskefaseprosessene er omsetningsgrad pr reaktorgjennomløp begrenset, og uomsatt råstoff resirkuleres. Resirkulasjonen fører til akkumulering av inert i systemet, og polymerisasjonen foregår ved vesentlig lavere propylenkonsentrasjon enn i tilført råstoff. En kunne derfor tenke seg å se på muligheten for å benytte et mindre kostbart råstoff med lavere innhold av propylen.

Vi ønsker å se polymerisasjons- og separasjonsprosessene i sammenheng, og undersøke hvordan endring av propylen-konsentrasjonen fra separasjonsprosessen og endring av resirkulasjonsforhold og konsentrasjon av propylen under polymerisasjonen påvirker totalprosessen.

SiS-1: Prosess for hy-renhets silisium til solceller
På konferernasen 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 produsere Si gr man via destilasjon 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-papiret finnes på denne linken: http://www.nt.ntnu.no/~skoge/tmp2/silane.pdf

Oppgaven går ut på prosjektere et anlegg lignende det som er anbefalt i patentene og eventuelt komme frem til et modifisert anlegg som kan omgå patentene.
Veileder: Sigurd Skogestad, meveileder: Federico Zenith

FrS-1: Produksjon av bioprotein
I forbindelse med olje og gassproduksjonen utenfor kysten av Vest Afrika har et norsk oljeselskap tilbudt myndighetene i Angola å bygge en bioproteinfabrikk. Bioprotein er et verdifullt næringsstoff som benyttes som føde for fisk, dyr og mennesker. I fremtiden vil andre høyverdige produkter bli fremstilt av bioprotein.
Bioprotein- anlegget bruker naturgass som råstoff. Anlegget skal baseres på Norferm prosessen, likt det anlegget som drives av Statoil og Du Pont på Tjeldbergodden.(www.norferm.com). Kapasiteten til bioprotein fabrikken i Angola skal være på 30 000 tonn bioprotein per år. Det er antatt at naturgass finnes der fabrikken er tenkt bygd:

Prosjekteringen ( rapporten ) skal:

- gi en generell beskrivelse av hvordan bioprotein fremstilles fra naturgass(Norferm- prosessen)
- beskrive rammebetingelsene dvs. hvilke forutsetninger som gjelder for tilgang på råmaterialer, mineraler, elektrisitet, kjølevann og arbeidskraft i Angola
- gi en beskrivelse av enhetsoperasjonene i anlegget, hjelpesystemer, lagerkapasitet og transportmuligheter
- utarbeide masse- og energibalanser for anlegget
- diskutere eventuelle miljøproblemer i forbindelse med bioprotein - produksjonen
- beregne kapitalbehovet, driftskostnader og finansiering for anlegget
- utføre en følsomhetssanalyse for investeringer og salg av produktet
- estimere tiden det vil ta for å planlegg, bygge og starte opp anlegget

FrS-2: Produksjon av syntetisk drivstoff(“synfuel”) ved konvertering av naturgass.
Utenfor kysten av Angola produseres store mengder olje og naturgass. Etter at borgerkrigen i Angola nu er avsluttet ønsker myndighetene i landet å utnytte naturgassen som produseres sammen med oljen, som råstoff for fremstilling av syntetiske drivstoffer ( Fischer-Tropsch teknologi.) Det skal bygges et industrianlegg for produksjon av syntetiske drivstoffer på land i Angola basert på gass fra Girasol feltet. Anlegget skal ha en kapasitet på 50 000 bbl/day(fat/dag) drivstoffer. Det skal produseres mest mulig syntetisk diesel fra anlegget. Det er naturgass på stedet der anlegget skal bygges.

Prosjekteringen (rapporten) skal:
- gi en generell prosjektbeskrivelse av konverteringsanlegget for gass
- kort beskrive landområdet der anlegget er tenkt plassert
- definere rammebetingelsene, dvs hvilke forutsetninger som gjelder for studien
- beskrive enhetene i industrianlegget( viktige prosesstrinn, hjelpeanlegg, lagerfasiliteter, utskipningskai osv)
- vise flytskjema med masse- og energibalanser
- beskrive HMS filosofi og utføre risikovurdering
- beregne kapitalbehovet og driftskostnader for anlegget
- utføre lønnsomhetsberegning og følsomhetssberegninger
- utarbeide en tidsplan for bygging av anlegget ( fra “engineeringstart” til “start up”)

Hvis begge oppgavene FrS-1 og FrS-2 velges vil prosjekteringsgruppene kunne samarbeide om samlokalisering, hjelpesytemer, kaianlegg etc.

FrS-3: Produksjon av “ syncrude” ved konvertering av naturgass.
I stedet for å bygge et landanlegg for fremstilling av syntetiske drivstoffer (se FrS2), ønsker myndighetene i Angola å få vurdert om det er mer fornuftig å utnytte naturgassen direkte på Girasolfeltet. Det skal produseres “syncrude” til havs og produktet skal blandes med råoljen som produseres på feltet.
Anlegget får gass fra oljeproduksjonsskipet, og “syncrude-anlegget” skal ha en kapasitet på 30 000 bbl/day(fat/dag).

Prosjekteringen (rapporten) skal:
- gi en generell prosjektbeskrivelse av produksjonen av “syncrude” basert på naturgass
- kort beskrive hvordan anlegget er tenkt bygget til havs
- definere rammebetingelsene, dvs hvilke forutsetninger som gjelder for studien
- beskrive enhetene i industrianlegget( viktige prosesstrinn, hjelpeanlegg, lagermuligheter osv)
- vise flytskjema med masse- og energibalanser
- beskrive HMS filosofi og utføre risikovurdering
- beregne kapitalbehovet og driftskostnader for anlegget
- utføre lønnsomhetsberegning og følsomhetssberegninger
- utarbeide en tidsplan for bygging av anlegget ( fra “engineeringstart” til “start up”)

Veileder Fredrik Steineke vil bistå med informasjon under arbeidet

Reaktorteknologi
HSV = Hallvard Svendsen

HSV-1: 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 ha samarbeid mot Maskinfakultetet på integrasjonen med kraftdelen.

Separasjon og renseteknikk
NoN = Norvald Nesse
MBH = May-Britt Hägg
DMS = Dick Malthe-Sørenssen

NoN : Anlegg for produksjon av revers osmose membraner i stor målestokk.
"Saltkraft" brukes som betegnelse på en prosess som kan utnytte den osmotiske trykkforskjellen mellom ferskvann og saltvann til produksjon av elektrisk energi. Prinsippet er at ferskvann diffunderer over i sjøvann gjennom en egnet membran. Sjøvannet pumpet opp til et visst overtrykk, men hvis dette trykket er lavere enn den osmotiske trykkforskjellen mellom sjøvann og ferskvann vil ferskvann fremdeles kunne diffundere inn i saltvannet. På denne måten får man der et overskudd av vann under trykk, som kan anvendes til å produsere elkraft via en konvensjonell vannturbin.
Hvis dette realiseres i industriell skala vil man ha behov for store kvanta av egnede membraner. Slik det ser ut nå vil disse bli lages av ett eller annet polymermateriale.
I en prosjektering høsten 2003vurderte man anlegg både for hulfibermembraner og arkmembraner
Vi ønsker nå å gå mer i detalj både på produksjonsanleggene og i de økonomiske beregningene, og definerer to oppgaver på området . Det tidligere arbeidet vil være en del av grunnlaget for prosjekteringen.

NoN-1: Produksjon av hulfibermembraner og -moduler i stor skala.

NoN-2: Produksjon av arkmembraner og spiralmoduler i stor skala.

NoN-3: Ferskvann ved RO og vindkraft.
Vindkraft er allerede etablert mange steder som et miljøvennlig alternativ til termiske anlegg. Vindmøller er i prinsippet en vinddrevet motor med høyst varierende "drivstoff"-tilgang.
Vi ønsker å se nærmere på å bruke denne motoren til produksjon av drikkevann/ferskvann fra sjøvann, brakkvann eller annet vann som ikke egner seg direkte til drikkevann. Selve ferskvannsframstillingen foretas ved revers osmose, som er en etablert teknologi. Utfordringene vil ligge i spesiell utformig av anlegget og kapasitetsstudier basert på høyst vekslende tilgang på vind som drivkraft.

NoN-4: Hydrogenperoksid ved hydrokinon-metoden.
Hydrogenperoksid er et effektivt blekemiddel som bl.a. er brukt i cellulose- og tekstilindustrien samt ved produksjon av diverse kjemikalier.
Framstilling etter hydrokinon-metoden foregår i to trinn. Først hydrogeneres kinon til hydrokinon i en hydrogeneringsreaktor, deretter oksideres det dannede hydrokinon til kinon og hydrogenperoksid i en oksideringsreaktor. Hydrogenperoksid fjernes fra den sk. arbeidsløsningen ved ekstraksjon og konsentreres ved destillasjon..
Prosessen er bl.a. omtalt i "Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology", 4th ed.
Vol 13.

NoN-5: Konsentrert saltsyre fra fortynnet saltsyre
I en rekke utlutninger og andre kjemiske prosesser får man store mengder tynn saltsyre som har en betydelig verdi, men som er vanskelig å gjenvinne, bl.a. fordi HCl danner en maksimumskokende azeotrop med vann.
I denne prosessen ekstraheres HCl fra avfallssyre ved hjelp av aminløsninger. Ved oppvarming vil HCl spaltes av og kan reabsorberes i vann til konsentrert saltsyre.
Som et utgangspunkt kan man bruke en beskrivelse av prosessen i "Chem. Econ.& Eng.Rev.,June 1983, vol 15, No 6, s 31.

MBH-1: Gjenvinning av hydrogen fra syntesegass med (integrert) membranseparasjon
Det er i prosjektet ønskelig å designe og sammenlikne to alternative løsninger for integrerte membranprosesser hvor hydrogen gjenvinnes fra syntesegass. For det ene alternativet skal det benyttes data for kommersielt tilgjengelige membraner; i det andre alternativet skal beregningene baseres på publiserte forskningsdata for nye materialer under utvikling. Prosessene skal sammenliknes mht. kompleksitet, energibehov og kostnader (om mulig).

DMS-1: Prosjektering av en batch prosesslinje for produksjon av en organisk substans.
Prosjekteringen skal omfatte nødvendige bygninger, prosessutstyr, med infrastruktur (nødvendig dampproduksjon, kjølevannsanlegg) og produksjonsplanlegging med nødvendig bemanning. Hensikten er å fremskaffe underlag for nødvendig investering, best mulig kapasitetsutnyttelse av anlegget og med lavest mulig driftskostnader for produksjonen. En antar en ikke kan påvirke innkjøpsprisen på råvarene.
Hovedkomponentene i prosesslinjen må bestå av reaktor, filterenhet for filtrering av løsninger, vaskeenhet for faststoff (krystaller), filtrering eller sentrifugering, og tørkeutstyr for å tørke det faste pulveret samt nødvendig tanklager

Treforedlingskjemi

ØG = Øyvind Gregersen

ØG-1: Ombygging av pressparti på papirmaskin for produksjon av greasproof papir
Nordic Paper Greåker har en papirmaskin med et enkeltfiltet pressparti med fem nip. Denne konfigurasjonen gi et tørrstoffinnhold i papiret på 28% etter pressing. Dette gjør at dampforbruket ved tørkingen av papiret blir svært høyt. Oppgaven består i å vurdere hvordan presspartiet kan bygges om, for eksempel med en skopresse og vurdere økonomien i ombyggingen. På kort sikt representerer redusert dampforbruk det største inntjeningspotensialet ved investeringen. På noe lengre sikt er det imidlertid aktuelt å gjøre ytterligere ombygginger slik at maskinens hastighet og dermed produksjon øker. For at ikke tørkekapasiteten da skal begrense hastighetsøkningen, er det svært viktig å øke tørrstoffinnholdet etter presspartiet. Oppgaven forutsetter kontakt med både bedriften og leverandørindustri for å skaffe realistiske tekniske og økonomiske data.

Kontaktperson ved Nordic Paper Greåker: Terje Unneberg