Process Modelling and Optimization of Methanol-to-Jet for eSAF

Sandzhakla, Aleyna

4. term

Energy Engineering, Master

2025

2025-05-27

64

Achieving long-term greenhouse gas neutrality in aviation will require replacing fossil jet fuel with Sustainable Aviation Fuel (SAF) from renewable sources. This thesis examines a methanol-to-jet (MtJ) route to produce e-SAF using process simulation in Aspen Plus V12.1. The end-to-end process links four steps: synthesizing methanol from CO2 and H2, converting methanol to olefins (MTO), oligomerization (joining small molecules into longer chains), and hydrogenation (saturating hydrocarbons) to reach jet-range kerosene. A novel dynamic modeling approach was developed for the oligomerization step. A custom MATLAB model was connected to Aspen Plus via Excel to predict product distributions using the Anderson–Schulz–Flory (ASF) mechanism, tuned to the reactor conditions. The process was then optimized via response surface methodology, a statistical technique that identifies settings to maximize kerosene yield and minimize cost with a limited number of simulations. The optimized case achieved a kerosene yield of 0.40 Cmol/Cmol, a SAF production rate of 9,395 tonnes/year, and a Levelized Cost of SAF (LCOSAF) of €6,980 per tonne. Overall, the results indicate that the MtJ pathway is technically feasible and offers room for further improvement, but lower feedstock costs and better heat integration are needed for economic viability at scale.

For at nå langsigtet drivhusgasneutralitet i luftfarten er det afgørende at erstatte fossilt jetbrændstof med bæredygtigt flybrændstof (SAF) fra vedvarende kilder. Denne afhandling undersøger en metanol-til-jet (MtJ) vej til e-SAF ved hjælp af procesmodellering i Aspen Plus V12.1. Processen kæder fire trin sammen: syntese af metanol ud fra CO2 og H2, omdannelse af metanol til olefiner (MTO), oligomerisering (sammenkobling af små molekyler til længere kæder) og hydrogenering (mætning) for at opnå kerosen i jetbrændstofområdet. Arbejdet introducerer en ny dynamisk modelleringsmetode for oligomerisering. En skræddersyet MATLAB-model blev koblet til Aspen Plus via Excel for at forudsige produktfordelingen ved hjælp af Anderson–Schulz–Flory (ASF)-mekanismen, som blev tilpasset de aktuelle reaktorforhold. Processen blev efterfølgende optimeret med responsoverflademetoden, en statistisk tilgang, der finder indstillinger, som maksimerer kerosenudbyttet og minimerer omkostningerne med et begrænset antal simuleringer. Den optimerede proces opnåede et kerosenudbytte på 0,40 Cmol/Cmol, en SAF-produktionsrate på 9.395 ton/år og en niveauiseret SAF-omkostning (LCOSAF) på 6.980 €/ton. Resultaterne viser, at MtJ-processen er teknisk gennemførlig og har yderligere optimeringspotentiale. For at opnå økonomisk levedygtighed i stor skala er der dog behov for lavere råvareomkostninger og bedre varmeintegration.

[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]

eSAF ; SAF ; Methanol ; Methanol-to-Jet ; Aviation Fuel ; Optimization ; Aspen ; Process Simulation ; Techno-economic ; LCOSAF

Download PDF
View record in AAU Student Projects