Conversion of Biomass to Renewable Liquid Feedstocks in Pyrolysis-based Applications

Tid: Fr 2019-10-18 kl 10.00

Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm (English)

Ämnesområde: Teknisk materialvetenskap

Respondent: Henry Persson , Materialvetenskap

Opponent: Professor Louise Olsson,

Handledare: Docent Weihong Yang, Materialvetenskap

Abstract

Dagens framställning av kemikalier och flytande bränslen är starkt beroende av tillgången på fossila råvaror. Detta bidrar till global uppvärmning samt ekonomiska och politiska osäkerheter. Efterfrågan på förnybara alternativ ökar i takt med att utsläppskraven gällande växthusgaser blir allt hårdare. Biomassa utgör den huvudsakliga tillgången på förnybart kolbaserat material som kan omvandlas till kemikalier och bränslen. Pyrolys är en metod som kan omvandla biomassa till en olja som kan ersätta dagens behov av fossil råolja. Olja från pyrolys har dock flertalet ofördelaktiga egenskaper för direkt tillämpning i industrin. Därför behövs ytterligare forskning och utveckling av omvandlingsprocessen för att förbättra egenskaperna hos pyrolysoljan. Genom att utveckla omvandlingsprocesser baserat på hur biomassans egenskaper påverkar sammansättningen på den framställda produkten kan omvandlingen av biomassa till pyrolysolja optimeras för produktion av olja för specifika ändamål. I denna avhandling utvärderas flertalet olika tekniska tillvägagångssätt experimentellt för att selektivt kunna omvandla lignocellulosisk biomassa till förnybara oljor genom att kombinera pyrolys med process-modifieringar placerade uppströms och nedströms pyrolysören. Förbehandling av biomassa i en vattenbaserad vätska innehållande organiska syror som förekommer i pyrolysoljan undersöktes för att minska halten aska i biomassa. Aska bidrar till katalytisk krackning av pyrolysångor. Resultaten visar att en majoritet av askan kan separareras från biomassa utan att påverka dess innehåll av flyktiga komponenter. Sammansättningen av pyrolysolja från förbehandlad biomassa skiljer sig från rå biomassa, med en ökad andel anhydrosocker och en minskning av lågmolekylära föreningar såsom karbonyler. Stegvis pyrolys undersöktes som en metod för att framställa flertalet fraktionerade oljor vars sammansättning beror av biomassapolymerernas termiska egenskaperna. En konceptuell process av två seriekopplade pyrolysörer värmda till 200-300C respektive 550C undersöktes. Resultaten visar att stegvis pyrolys kan användas för att koncentrera kemikalier i olika vätskefraktioner utan att minska den totala mängden olja som utvinns ur biomassa. Dock är det svårt att i en process om två pyrolysörer nå fullständig separation av kemikalier. Detta tros bero på överlappande temperaturer för termisk nedbrytning hos de olika biomassa-polymererna. Katalytisk pyrolys undersöktes för framställning av aromatiska kolväten från biomassa. Metall-impregnerade zeolitiska katalysatorer framställdes och utvärderades utifrån sina katalytiska egenskaper såsom aktivitet samt deaktivering. Fe och Ni impregnerades i HZSM-5 följt av katalytisk pyrolys och analys av uppgraderad olja samt bildat koks. Kokssammansättningen hos en katalysator speglar dess aktivitet för uppgradering av olja. Metallimpregnering av en katalysator bidrar till en ökad omvandling av pyrolysångor till aromatiska kolväten, ökar katalysatordeaktivering genom koksning, samt ändrar dess egenskaper vid regenering. Påverkan av sammansättningen på pyrolysångor som passerar genom en katalysatorbädd undersöktes genom att jämföra skillnader mellan användning av den förbehandlade biomassa som nämnts ovan med rå biomassa. Katalytisk pyrolys vid 600C i en ex-bäddsuppsättning med HZSM-5 ger en högre omvandling av biomassa till aromatiska kolväten med förbehandlad biomassa jämfört med rå biomassa. Detta kan förklaras genom en fördelaktig sammansättning hos pyrolysångorna som passerar genom katalysatorbädden efter att ha genomgått sekundära pyrolys-reaktioner. Slutligen undersöktes en kontinuerlig process för ex-situ katalytisk snabbpyrolys genom experimentella försök. HZSM-5:s prestanda för att kontinuerligt uppgradera pyrolysångor utvärderades genom att variera flödet av biomassa följt av katalytisk uppgradering över en konstant mängd katalysator. Resultaten indikerar vikten av den signifikanta påverkan som förhållandet mellan biomassa och katalysator har i processen för katalytisk omvandling av pyrolysångor till aromatiska kolväten.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-259564

Innehållsansvarig:infomaster@itm.kth.se
Tillhör: Skolan för industriell teknik och management (ITM)
Senast ändrad: 2019-09-26