Generation of synthesis gas for fuels and chemicals production

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Dagens samhälle är mycket beroende av fordonsbränslen och kemikalier som producerats av råolja. Framtidens tillgång på råolja är oviss, det enda som är säkert är att det är en ändlig resurs. Användningen av olja bidrar dessutom till koldioxidutsläpp till atmosfären. För att säkra framtida tillförsel av energi och kemikalier till samhället och för att uppnå ett mer klimatneutralt samhälle behöver råoljan ersättas med förnybara och hållbara råvaror. Förädlingen av biomassa till drivmedel och kemikalier är ett av alternativen för att uppnå ett fossilfritt samhälle. Förädlingen kan ske antingen via termokemisk eller via biokemisk omvandling. Den termokemiska omvandlingen är den mest flexibla med avseende på möjliga produkter och har dessutom högre verkningsgrad. Termokemisk omvandling av biomassa, som kan vara träflis eller jordbruksrester, kan användas för att producera syntetiska fordonsbränslen, plaster och gummi. En av de termokemiska omvandlingsprocesserna börjar med en förgasare som producerar en energirik gas som kallas syntesgas vilken sedan kan användas för att syntetisera flytande eller gasformiga produkter. Produktgasen från förgasaren innehåller förutom kolmonoxid och vätgas även kolväten, tjäror, koldioxid, vatten samt en del andra föroreningar. Av föroreningarna i gasen är tjärorna det största problemet då de kan förstöra värmeväxlare och annan utrustning. I detta arbete studerades bland annat apparatur som kan öka verkningsgraden i förädlingen av biomassa till produkter såsom drivmedel och kemikalier. Högre verkningsgrader i processerna leder till mer produkt per råvara och därmed lägre specifika produktionskostnader. En av arbetets huvuddelar är fokuserat på utrustning för att omvandla tjäror och andra kolväten i gas producerad av en förgasare. Den här delen består dels av experimentellt arbete utfört på Institutionen för Kemiteknik och av datormodeller. Resultaten visar på mycket hög omsättning av föroreningarna i gasen med en hög energieffektivitet. Processerna som används i omvandlingen av biomassa till fordonsbränslen och kemikalier används idag till stor del i naturgasbaserade anläggningar för framställning av bland annat metanol, ammoniak och råmaterial för plasttillverkning. För att biomassabaserad tillverkning ska kunna konkurera med naturgasbaserad tillverkning och för att använda en begränsad råvara på bästa sätt krävs hög verkningsgrad i processerna. Datormodeller över tillverkningsanläggningar för framställning av drivmedel och kemikalier kan användas för att beräkna hur mycket produkt som kan produceras från en given mängd råvara, verkningsgrad och vad produktionskostnaden blir för produkten. Ett flertal modeller har konstruerats och använts i detta arbete för att utreda verkningsgrader och kostnader för framställning av olika drivmedel och kemikalier. Tillverkning av följande produkter har studerats; metanol, dimetyleter, syntetisk bensin, syntetisk diesel, syntetisk naturgas samt ammoniak. Resultaten visar att den termokemiska omvandlingen till syntetiska fordonsbränslen har en betydligt högre energiverkningsgrad än etanol tillverkad via biokemisk omvandling av träflis. Samtliga fordonsbränslen tillverkade via termokemisk omvandling har dessutom en lägre produktionskostnad än etanol framställt via biokemisk omvandling. Produktionen av ammoniak från förnyelsebara råvaror har också studerats och visar på en produktionskostnad som kan konkurera med fossilbaserad ammoniak. Resultaten av det här arbetet visar på att förnyelsebara fordonsbränslen och kemikalier kan vara konkurrenskraftiga med dagens fossilbaserade alternativ.