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Methanol aus Biomasse- Rohstoff für die chemische Industrie Dr. Ulrich Berger, Lurgi GmbH Industrielle Nutzung nachwachsender Rohstoffe – Chemie, Biotechnologie, Verfahrenstechnik, Frankfurt 17. – 19.02.2008 2007-05-02

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Methanol aus Biomasse-Rohstoff für die chemische IndustrieDr. Ulrich Berger, Lurgi GmbH

Industrielle Nutzung nachwachsender Rohstoffe – Chemie, Biotechnologie, Verfahrenstechnik, Frankfurt 17. – 19.02.2008

2007

-05-

02

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... today we are trying to be more sophisticated:

§ The use of Biomass: Challenges, Hurdles, Concepts

§ 2nd Generation: Routes from Biomass to Synfuels and Chemicals

§ Technology Overview and Status:

• Pretreatment � Pyrolysis

• Conversion � Gasification

• Methanol Synthesis

• Methanol Downstream Technologies

§ Economics

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Engineering Capabilities§ Focus on proprietary technologies § Focus on Process Engineering,

Procurement and Construction

Technology Portfolio § Positioned for Future

Basic Facts on Lurgi§ Founded in 1897§ Sales 2006 – 685 Million Euros§ 1,400 Employees worldwide§ Air Liquide Group Company since 2007

Portrait of Lurgi

Air Liquide Trinidad 42,000 Nm3/h

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Lurgi Product Portfolio

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�Die Steinzeit ging nicht zu Ende,

weil uns die Steine ausgingen,

und das Zeitalter des Öls wird auch

nicht zu Ende gehen,

weil uns das Öl ausgeht�

Scheich Zaki Yamani, 1974ehemaliger Saudi-Arabischer Ölminister

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• Energy consumption will approx. increase by 50% between 2005 and 2030

• In 25 years, renewable energy will be equivalent to the amount of energy from fossil fuels today

Development of Worldwide EnergyConsumption

Source: Shell 2004

2 0 0

3 0 0

5 0 0

2 0 0

2 3 0

3 5 0

5 0 0

2 0 0 5 2 0 5 02 0 3 0

4 0 0

MBDOE ( Million Barrels / Day of Oil Equivalent

1905

100 Years 25 Years

Required Investmentin Energy 2005-2030

$20.2 Trillion (in $ 2005)

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Escape the Oil Trap

§ Biomass is the only carbon containing renewable resource

Ø Biomass used for chemical production prior to energy generation

§ Syngas and Methanol are the key to synthetic products

Ø Broad and flexible product range for energy and chemistry

§ Adoption of proven technologies and existing infrastructure

§ Structural redirection in agriculture and forestry

ØNew income source and employment for agriculture

Quelle: FZK

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From Natural Resources to Consumers� Products

CrudeOil

Bio ResourcesBio Mass

CoalGasCondensates

Natural GasAssociated

Gas

BDO-Anlage

SpecialtiesAbtrennung

n-/iso-butanTrennung

MEK-Synthese

BDO-Anlage

FoodSpecialtiesTechnical

Applications

Fuels &Fueladditives

PolymersPlastics

HealthHygienics

Upgrading/Conversion

Purification/ Treatment

�Natural� Resources

Consumers` Requirements

Energy

Utilization

CrudeOil

Bio ResourcesBio Mass

CoalGasCondensates

Natural GasAssociated

Gas

BDO-Anlage

SpecialtiesAbtrennung

n-/iso-butanTrennung

MEK-Synthese

BDO-Anlage

FoodSpecialtiesTechnical

Applications

Fuels &Fueladditives

PolymersPlastics

HealthHygienics

Upgrading/Conversion

Purification/ Treatment

�Natural� Resources

Consumers` Requirements

Energy

Utilization

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Hurdles for using Biomass

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Model shows the volume of different materials which is equivalent to 1 ltr of petrochemical oil

How to design the logistics of Large-scale plants?

The use of Biomass: Challenges, Hurdles, Concepts

A Major Issue � Energy Density

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Biomass as Feedstock

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Pyrolysis Process of Lurgi / FZK

M

HeizerSandkreislauf

M

Slurry

M

HeaterSand Cycle

M

Straw, Hay a.o.

Shredder

Cooler

Double Screw Reactor

Cold, shredded straw

hot sand ca. 500

Pyrolysis Coke

Pyrolysis gas

Pyrolysis Oil

Slurry

Source: FZK

Coke

The Lurgi flash-coker

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Slurry mixed with Pyrolysis coke

§ Joint grinding of pyrolysis oil and

coke give pump able/ storable

slurry

§ Energy concentration from

biomass to slurry by factor 13

§ ca. 80% of the energy content of

the biomass is contained in the

slurry = Bioliq Syncrude

+

HHV: 17 MJ/kg 35 MJ/kg 16 MJ/kg 22 MJ/kg

StrawChar SlurryCondensate

Bioliq Syncrude

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Synthetic Fuels from Coal and Biomass:Fast Pyrolysis Development

§ Bioliq Technology – Under Development

§ Bioliq Technology under Development with FZ Karlsruhe

§ Capacity : 500 kg / h straw / biomass to approx. 350 kg / h Bioliq-Syncrude

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MPG Gasifier

§ Temperatures approx. 1200°C

§ Tar free Syngas

§ Suited for high ash content

§ Gasification with pure O2

§ High pressure, 30 to 80 bar

§ Complete carbon conversion in seconds

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Application for Syngas

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Methanol SynthesisTwo-Step (Combined) Synthesis

Make up Gas

Purge Gas

CrudeMethanol BFW (Boiler Feed Water)

Gas CooledReactor

Water Cooled Reactor

HP-Steam

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Two-Step Methanol Synthesis (Combined Converter)Two-Step Methanol Synthesis (Combined Converter)

•Optimum Reaction route

•High conversion rate

•No catalyst poisoning

•Simple reaction control

•High MeOH yield

•High energy efficiency

•Heat converted to HP steam

Large Single Train Capacity at Low Investment

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The MegaMeOH Process - As-built

Atlas Methanol - 5000 t/d, 1.650.000 tpa, commissioned 2004

Titan

2 500

mt/d

PSA

Steam Raising

ReactorGas Cooled Reactor

Water

Treatment

Boiler

ASUDistillation

Steam Reformer

ATR

Plot 300x400 m

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Methanol MarketNew Applications for Methanol

Methanol

DME

Olefines

PolypropyleneCo-polymers

Diesel Gasoline

Energy-production

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Lurgi�s MTP: Gas to Propylene

MTP®: Simplified Process Flow Diagram

Propylene474 kt/a 1)

Gasoline 185 kt/a

Fuel Gas internal use

Process Water 935 kt/afor internal use

DMEPre-Reactor

ProductConditioning LPG

41 kt/a

Water Recycle

Olefin Recycle

Methanol1.667 Mt/a = 5000 t/d

Product Fractionation

MTP Reactors(2 operating + 1 regenerating)

1) Propylene Purity 99.6 wt. %

Ethylene20 kt/a

optional

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Lurgi�s MTP: Gas to Propylene

MTP®: Technical Highlights

§ Propylene production maximised

§ Optional ethylene available for co-polymer production

§ Valuable by-products (Gasoline, LPG)

§ Tailor-made proprietary zeolite catalyst

§ Fixed-bed rectors (simple design, easy scale-up)

§ Low coking of catalyst

§ In-situ regeneration of catalyst near reaction temperature

§ Proven process elements

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Methanol to Propylene to Polypropylene Complexbased on 3-train coal gasification

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Integrated chemicals / fuels production basedon biomass � replacing crude oil

Methanol

ASU

MTP Plant

MeOH Plant

Oxo-Alcohol Plant

COD Plant

PolypropyleneSyngas

Plant

O2

H2

CO

Propylene

Dimethylether

Diesel

Kerosene

Acrylic Acid

Acrylates

AcetatesAcetic Acid Plant

Gasoline

DME Plant

Fuels

Fuel Additives

PipesFilms

Packaging

SAPDiapers

DispersionsPaints

AdhesivesSolvents

Films

Biomass

CO

MeOH

O2

Air

CO/H2

Fischer Tropsch

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26Sources: EIA Energy Outlook 2006

* ECN Report No. 7.5310

*

Economics

Cost of BTL Plants

� a wide spread

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Summery

The Development of Routes to Chemicals based onBiomass is the Winning Option in Future

Biomass can cover 30%+ of the primary energy demand,but should primarily be used as Carbon Source

Biomass is the Key Alternative for Oil and Gas

Chemicals based on Biomass Need :

- Basic research- Regional Demonstration - Industry Building embedded in Long Term Programs >10 years- Sustainable Support by Legislation

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Thank you