The kraft pulping process is the most dominant pulping process consisting of 90% of the chemical virgin pulp production in the world. This process is extensive, especially considering the large chemical recycling, and improvements are constantly ongoing [1]. In 1966, G.H. Tomlinson II published a patent in where a white liquor of 100% sulphidity was used, i.e. only sodium sulphide (Na2S) as a cooking chemical and not sodium hydroxide (NaOH). A higher sulphidity gives an improved delignification and a stronger pulp with a higher yield. In addition, when NaOH is not used in the process, the causticizing plant can be eliminated. According to Tomlinson II, this would mean lower investment and operating costs.  The smelt from the recovery boiler undergoes leaching or evaporating to separate the sodium carbonate (Na2CO3) and Na2S. Na2CO3 recirculates to the black liquor to reduce the sulphur/sodium ratio, which is necessary for the function of the recovery boiler. A sufficiently high proportion of recirculated Na2CO3 is used to ensure that no SO2-emissions occur from the recovery boiler [2]. The purpose of this thesis is to investigate different cases of high sulphidity processes through heat and mass balances and compare it with a reference case of kraft pulp, in order to potentially find a more efficient process. The high sulphidity cases vary with e.g. dry solids content, effective alkali charge and the amount of recirculated Na2CO3. Also, a combination between the conventional kraft pulping process and high sulphidity process will be investigated. Tools for these calculations are given from AFRY and is done in excel. The focus is on the recovery boiler, since it is the most critical aspect in the process, but overall flow charts will also be made.  It turns out that the amount of recirculated Na2CO3 is one of the major factors that determine the outcome of the results. An increased amount of Na2CO3, which contains inert carbon, leads to a lower heating load in the recovery boiler, resulting in too low temperatures. For the high sulphidity process to be feasible, a lower effective alkali charge is required in the digester to reduce the amount of chemicals in the process. This can be achieved through a pre-impregnation step in the digester. All high sulphidity cases also resulted in a decrease in CAPEX and OPEX compared to the reference case. The most interesting result is a combination between the high sulphidity and kraft pulping process, as the results was comparable with the reference case, but at the same time containing advantages of the high sulphidity process. / Kraftmassaprocessen är den dominerade massaframställningen bestående av 90% av världens kemiska jungfrumassa. Denna process är omfattande och förbättringar pågår ständigt, särskilt med tanke på den stora kemikalieåtervinningen [1]. 1966 publicerade G.H. Tomlinson II ett patent där en vitlut av 100% sulfiditet användes, alltså endast natriumsulfid (Na2S) och inte natriumhydroxid (NaOH) som kokkemikalie. En högre sulfiditet ger en förbättrad delignifiering och därmed en starkare massa med ett högre utbyte. När NaOH inte används i kokeriet kan dessutom kaustiseringen elimineras. Det skulle, enligt Tomlinson II, innebära lägre investerings- och driftskostnader.  Smältan som kommer ut från sodapannan genomgår en laknings- eller indunstningsprocess för att separera ut natriumkarbonatet (Na2CO3) och Na2S. Na2CO3 återcirkulerar till svartluten innan sodapannan för att på så sätt minska på svavel till natriumkvoten, vilket är nödvändigt för sodapannans funktion. En tillräckligt hög andel av Na2CO3 återcirkuleras för att inga SO2-emissioner ska förekomma [2]. Syftet med denna rapport är därför att undersöka olika fall av högsulfiditetsprocesser genom värme och massbalanser och jämföra med ett referensfall av kraftmassa, för att i slutändan undersöka en potentiellt mer effektiv process. Fallen varierar med torrhalt på svartluten, effektiv alkali laddning, och mängden återcirkulerad Na2CO3. Ett kombinerat fall mellan den konventionella kraftmassa- och högsulfiditetsprocessen kommer även att undersökas. Verktyg för dessa beräkningsbalanser fås via AFRY och används i Excel. Fokuset ligger på sodapannan då denna del av processen är avgörande för processens genomförbarhet.  Övergripande flödesscheman kommer även att göras för de olika fallen.  Det ska visa sig att mängden återcirkulerad Na2CO3 är en av de större faktorerna till förändringar i resultatet. En ökad mängd Na2CO3, som innehåller inert kol, ger en lägre värmebelastning i sodapannan, och därmed för låga temperaturer i pannan. För att högsulfiditetsprocessen ska kunna vara genomförbar krävs en lägre effektiv alkali laddning i kokeriet för att minska på mängden kemikalier i processen, detta kan göras via ett förimpregneringssteg i kokeriet. Alla högsulfiditetsfall gav även en minskning i CAPEX och OPEX jämfört med referensfallet. Mest intressant resultat gavs av en kombination mellan högsulfiditet och kraftmassaprocess, då den mest efterliknade referensfallet, men samtidigt innehåller fördelar av högsulfiditetsfallet.

Denna studie utvärderar olika scenarier som innebär att ersätta dieselbilar och värmare med elektriska versioner samt använda mer miljövänligt bränsle med hänsyn till CO2-utsläpp och ekonomisk analys av dessa förändringar. Det primära fokuset för denna forskning är att hitta sätt att minska CO2-utsläppen orsakade av vägtransporter och värmare som används av Ramudden AB i Sverige. Detta masterprojekt är inriktat på att minska utsläppen med beaktande av kostnaden för förändringarna. Eftersom källan till utsläpp varierar och är specifik för verksamheten kommer varje företag att ha sina egna lösningar. För att lösa problemet inkluderar tillvägagångssättet att ersätta fordon, särskilt tunga fordon och värmare, med elektriska versioner och övergå till mer miljövänligt bränsle baserat på företagets behov. Denna studie innehåller olika antaganden eftersom teknisk tillgänglighet, teknologiska framsteg och ekonomiska förhållanden inte är konstanta. De viktigaste resultaten visar att användning av HVO som bränsle kommer att producera lägst utsläpp bland de olika scenarier. Men på grund av bränslets tillgänglighet och kostnadsbekymmer skulle kombinationen av elektriska fordon och värmare med ett bättre bränsleval resultera i mer robusta resultat än att bara välja miljövänliga bränsletyper i scenarierna. / This study assesses different scenarios involving replacing diesel vehicles and heaters with electric versions and using more eco-friendly fuel while considering the CO2 emissions and economic analysis of these changes. The primary focus of this research is to find ways to reduce CO2 emissions caused by road transportation and heaters used by Ramudden AB in Sweden. This Master's thesis project is centered on reducing emissions while considering the cost of the changes. Since the source of emissions varies and is specific to the business, each company will have its own solutions. To solve the problem, the approach includes replacing vehicles, particularly heavy-duty vehicles and heaters, with electric versions and adopting eco-friendly fuel behavior based on company guidance. This study contains various assumptions since technical availability, technological developments, and economic conditions are not constant. The key findings reveal that using Hydrotreated Vegetable Oil (HVO) as fuel will produce the lowest emissions among the various scenarios. However, due to fuel availability and cost concerns, combining electric vehicles and heaters with a better fuel choice would result in more robust results than just opting for eco-friendlier fuel types in the scenarios.

Carbon dioxide emissions to the atmosphere today cause problems around the world. In Sweden, the steel production contributes significantly to carbon dioxide emissions. The steel industry challenge is to improve the metallurgical processes to decrease the carbon dioxide emissions. One way to reduce the emissions is to use renewable carbon sources. The blast furnace process is a counter current reduction process for ironmaking. Raw materials such as iron ore agglomerates, coke and slag formers are charged at the top of the furnace while oxygen-rich blast air and powdered coal are injected in the bottom. The gases produced by combustion rise through the burden on the top of the furnace. The combustion of carbon produces carbon monoxide which is the reducing gas used for the reduction of iron oxides to pig iron. The process is the highest producer of CO2 emissions in Sweden; biomass can partially replace fossil carbon in coal blends for cokemaking, coal powder for coal injection and coke in self-reducing briquettes.  The purpose of this project was to maximize the addition of biomass in coal blends for cokemaking and the addition in briquettes produced for the recovery of iron bearing rest products. The challenge with biomass in cokemaking is its low density and high reactivity which decrease the coke yield and coke strength at the same time that it increases the coke reactivity. The coke quality has to be kept at sufficient quality in order to avoid effects on productivity and process stability in the blast furnace. The addition of biomass in briquettes is limited due to the low density of the biomass which may affect the strength of the briquettes. The effect of the addition of sawdust in coke and briquettes has been studied to understand the effect on reaction behaviour of bio-coal. Heat-treatment of sawdust with high volatile coal was performed in order to achieve a coating of coal on the sawdust surface and get less reactive sawdust. Torrefied sawdust contained 23 wt. % fixed carbon while the pre-treatment of sawdust with high volatile coal increased the content to about 60 wt. %. Pre-treated sawdust was added to coal blend for coke making and briquettes containing iron oxide. The pre-treated sawdust was added to five coal blends for coke production, the contents were 5, 10 and 20 wt. %, and a base blend was used as reference. Coke reactivity, chemical composition and cold compression strength in coke were studied. This work resulted in an improved bulk density; up to 20 wt. % pre-treated sawdust could be added to the coal blend and still keep a bulk density of 800 kg/m3. The coke yields in cokes with pre-treated sawdust were comparable to the coke reference. The temperature at which carbon in coke began to be consumed was slightly higher in coke containing sawdust treated with 50 wt. % high volatile coal. It was estimated that the CO2 emission from fossil coal could be reduced with 8.6 % per ton hot metal (THM) with the addition of 10 wt. % pre-treated sawdust to coal blends for cokemaking. The addition of 20 wt. % pre-treated sawdust could reduce the CO2 emission with 10% per THM. In addition, two different mixes of briquettes were produced, one with torrefied sawdust and one with pre-treated sawdust. The chemical composition and reduction of iron oxides in briquettes was also studied and evaluated. Briquettes with treated sawdust were more compact, i.e. had a higher density than briquettes containing torrefied sawdust. The amount of hematite that could be added to the briquette mixes was 0.107 moles in briquettes with torrefied sawdust and 0.112 moles in briquettes with pre-treated torrefied sawdust. / Koldioxidutsläppet till atmosfären orsakar idag problem runt om i världen. I Sverige bidrar stålproduktionen avsevärt till koldioxidutsläppet. Stålindustrin har som en utmaning att förbättra de metallurgiska processerna för att sänka utsläppet av koldioxid. Ett sätt att sänka koldioxidutsläppen är att minska påverkan genom att använda förnybara kolkällor. Masugnsprocessen är en kontinuerlig reduktionsprocess för råjärnframställning och en av processerna där det används reduktionsmedel från fossila kolkällor. Råmaterial som järnmalm, koks och slaggformare chargeras på toppen av ugnen medan syrgasberikad blästerluft och pulveriserat kol injiceras i botten av ugnen genom masugnens formor. De gaser som produceras vid förbränning stiger upp genom beskickningen upp till ugnens topp. Vid förgasning av kol bildas kolmonoxid som är den reducerande gasen, den möjliggör reduktionen av järnoxider vid framställning av råjärn. Torrefierad biomassa kan delvis ersätta fossilt kol i kolblandningarna för kokstillverkning, i kolinjektionen och i briketter. Syftet med detta projekt var att maximera mängden tillsatt biomassa i kolblandningarna för kokstillverkning och i briketter för återvinning av järnbärande restprodukter. Utmaningen med biomassa i kokstillverkningen är den höga reaktiviteten och den låga densiteten av kol, vilket resulterar i låg koksutbyte när den tillsätts i kolblandningar. Biomassa innehåller också en högt halt flyktiga ämnen vilket resulterar i koks med låg hållfasthet och hög reaktivitet. Kokskvalitén måste behållas för att undvika processvariationer i masugnen. Tillsatsen av biomassa i briketter, är begränsat då biomassa kan påverka briketternas hållfasthet. Effekten av tillsatsen av biomassa i koks och briketter har studerats för att kunna förstå reaktionsbeteendet i dessa när torrefied sågspån och förbehandlat sågspån med hög fluiditetskol har tillsatts till blandningarna. Värmebehandling av torrifierat sågspån med en hög fluiditeteskol gjordes för att uppnå en mindre reaktiv biomassa. Torrifierat sågspån innehöll 22.9 viktsprocent kol, förbehandlingen av sågspån med hög fluiditetskol ökade halten till cirka 60 viktsprocent. Den behandlade sågspånen tillsattes till fem kolblandningar för koksframställning, 5, 10 och 20 viktprocent tillsattes till en bas blandning som användes referens. Koksreaktiviteten, kemisk sammansättning och hållfasthet i koks studerades. Arbetet resulterade i en förbättrad bulkdensitet då upp till 20 viktprocent förbehandlad biomassa kunde tillsättas i kolblandningen och fortfarande behålla en bulkdensitet på 800 kg/m3. Koksutbytet i alla koks med förbehandlat sågspån var jämförbart med koksreferensen. Temperaturen där kemisk kol i koks började förbrukas, var något högre i koks som innehöll sågspån med 50 viktsprocent hög fluiditetskol. Koldioxidutsläppen från fossilt kol per ton råjärn (THM) uppskattades att vara 8,6 % lägre med tillsatsen av 10 viktprocent förbehandlat sågspån i kolblandningar för kokstillverkning. Tillsatsen av 20 viktprocent skulle innebära en minskning på 10 % per ton råjärn. Briketter med två olika blandningar framställdes, en blandning med torrifierat sågspån och en blandning med behandlat sågspån. Briketterna karakteriserades genom att analysera den kemiska sammansättningen och reduktionen av järnoxider i termisk reducerade briketter. Briketter med behandlat sågspån var mer kompakta, d.v.s. hade en högre densitet än briketter som innehöll torrifierad sågspån. Mängden hematit som kunde tillsättas i mixen med torrifierad sågspån var 0.107 mol, medan i mixen med förbehandlat sågspån 0.112 mol kunde tillsättas. / Bio4metals / CAMM

Vid SSAB Europé i Luleå produceras höghållfaststål. För att uppnå sådan kvalité måste renligheten i stålet vara god i hela processen. Risken att få förhöjda värden av exempelvis vanadin efter LD-processen vid deoxidationssteget, då medföljande vanadininhållande slagg som återreduceras till stålet är hög. Det finns olika system som jobbar för att förhindra medföljande slagg vid tappning av LD-konvertern. På SSAB i Luleå används IR-kamera för att identifiera slagg vid tappning och en mekanisk slaggstoppare som blockerar tapphålet samt tvingar flödet tillbaka in i konvertern med hjälp av kvävgas. Ett annat möjligt system att använda skulle kunna vara slaggens viskositet, då en högviskös slagg skulle fungera som en vortexinhibitor och därigenom reducera mängden medföljande slagg. Målet med examensarbetet har varit att undersöka sena tillsatsers påverkan av medföljande slagg, där de sena tillsatserna syftar till att öka viskositeten på slaggen genom att skapa fasta partiklar. I daglig drift görs ingen uppskattning av mängden medföljande slagg eller hur sena slaggtillsatser påverkar detta. Genom slaggprovtagning samt stålprover innan och efter tappning av LD-konvertern kan en massbalans göras av mängden medföljande slagg. Beräkningsämnena som passade bäst i denna studie var kisel och vanadin, två ämnen som oftast återfinns endast i slaggen. Utifrån resultatet av proverna visade sena tillsatser inte ha någon påverkan av mängden medföljande slagg. Ingen påvisad skillnad av viskositetsberäkningarna kunde kopplas till de sena tillsatserna, där beräkningarna gjordes i FactSage. Studien visade att sena tillsatser inte har den önskade effekten på medföljande slagg som man tidigare trott och skulle kunna tas bort helt. Detta för att reducera kostnaderna för tillsatser och deponi. Slaggen fick flytegenskaper redan vid 72% andel fasta partiklar och en temperatur på 1379°C. Vid LD-processen har slaggen 8% andel fasta partiklar och temperatur på 1739°C. Detta påvisar att det blir praktiskt omöjligt att styva upp slaggen i LD-processen med hjälp av sena tillsatser. / SSAB Europé in Luleå produce high-strength steel. To reach this quality the purity must be good in the whole process. There is a risk to get a high value of for example vanadium in the steel after the LD-process at the deoxidations step. The carried-over slag from the LD-process has a high content of vanadium that may reduce back to the steel from the deoxidation agent.  Several process systems work to reduce the amount of carried-over slag at LD-converter. At SSAB in Luleå this system is an IR-camera that is used for detecting carried-over slag at the tapping of the converter and a mechanical slagblocker that block the tapping jet and blow back the slag using nitrogen.  Another possible system could be to use the slag viscosity. High viscous slag will work like a vortex inhibitor and reduce the amount of carried-over slag. The goal of this master thesis is to study late additives impact of the amount of carried-over slag, there the purpose of the late additives is to increase the viscosity of the slag through solve in solid particles.  In the daily operations SSAB doesn´t do an estimate of the amount of carried-over slag or how the late additives affect carried-over slag. By conducting slag and steel sampling before and after tapping the LD-converter a mass balance can be used to calculate the amount of carried-over slag. The base of the mass calculation that fit beast in this study was silicon and vanadium. Two substances that often occurs in the slag. From the results of the samples, the late additive didn´t do any impact on the amount of carried-over slag. No impact of the viscosity calculation could connect to the amount of carried-over slag. The calculation has been done in FactSage. The study shows that late additive don´t have any impact on the amount of carried-over slag and that is why it should be avoided. This could decrease the cost of additive and landfill. The slag gets flow properties as early as 72% share solid particles and temperature at 1379°C and in the LD-process the slag had 8% share solid particles and temperature at 1739°C. This shows that it´s practically impossible to stiff up the slag in the LD-process with help of late additive.

Det ständigt växande behovet av att minska CO2-utsläpp har lett till en ökad tonvikt på teknik för avskiljning av koldioxid från rökgas. MEA (monoetanolamin) anses vara riktmärket för lösningsmedel för att fånga in koldioxid på grund av dess höga absorptionshastighet. MEA är dock benäget att brytas ner, bilda giftiga biprodukter och dess regenerering har ett högt energibehov. Ett annat lösningsmedel med liknande teknisk mognad är vattenlösning med kaliumkarbonat (K2CO3) som används i den så kallade hot-potash carbonate (HPC)-processen. Emellertid är absorptionshastigheten i K2CO3-lösningen låg i jämförelse med MEA, vilket kräver tillsats av hastighetspromotorer för att öka absorptionshastigheten. Denna avhandling undersöker effekten av olika hastighetspromotorer på absorptionshastigheten av kaliumkarbonat. För detta utfördes absorptionsexperiment i laboratorieskala i en autoklavreaktor av rostfritt stål under kontrollerade förhållanden. Olika promotorer har undersökts, nämligen de organiska promotorerna glycin, piperazin och MEA, och de oorganiska promotorerna borsyra och vanadinpentoxid. Promotorkoncentrationen varierades mellan 3 vikt% till 7 vikt% samtidigt som koncentrationen av K2CO3 hölls konstant vid 25 vikt%. Driftförhållandena såsom det initiala partialtrycket av CO2 och temperaturen var respektiva 5 bar och 50 °C. De oorganiska promotorerna studerades enskilt såväl som i blandningar med K2CO3 för att studera effekten av varje promotor. De organiska promotorerna visade en signifikant förbättring av absorptionshastigheten jämfört med icke promoterad K2CO3. När det gäller de oorganiska promotorerna visade vanadinpentoxid jämförbara resultat med organiska promotorer med endast 3 vikt%. Ökad tillsatts av borsyra minskade absorptionshastigheten av lösningen promoterad av vanadin. Den experimentellt uppmätta absorptionshastigheten är anpassad till en enkel absorptionsmodell från vilken en skenbar absorptionshastighet för de främjade lösningsmedlen härleddes / The ever-growing need to reduce CO2 emissions has led to an increased emphasis on carbon capture technologies. MEA (monoethanolamine) is considered the benchmark solvent for CO2 capture due to its high rate of absorption. However, MEA is prone to degradation, forms toxic side products and its regeneration has a high energy demand. Another solvent with similar technological maturity is aqueous potassium carbonate (K2CO3) that is used in the so-called hot-potash carbonate (HPC) process. However, the rate of absorption in aqueous K2CO3 is low in comparison to MEA calling for the addition of rate promoters to enhance the absorption rate.  This thesis investigates the effect of different rate promoters on the absorption rate of potassium carbonate. For this, absorption experiments on the laboratory scale were conducted in a stainless-steel autoclave reactor under controlled conditions. Various promoters have been explored, namely the organic promoters glycine, piperazine, and MEA, and the inorganic promoters boric acid and vanadium pentoxide. The promoter concentration was varied between 3 wt% to 7 wt% while keeping the concentration of K2CO3 constant at 25 wt%. The operating conditions, such as the initial partial pressure of CO2 and the temperature were 5 bar and 50°C, respectively. The inorganic promoters were studied alone as well as in blends with K2CO3 to understand the effect of each promoter. The organic promoters demonstrated a significant enhancement of the absorption rate compared to unpromoted K2CO3. Regarding the inorganic promoters, vanadium pentoxide showed comparable results to organic promoters with only 3 wt%. When looking at the results of vanadium and boric acid, increasing concentration of boric acid resulted in a decrease in the absorption rate. The experimentally measured absorption rate are fitted to a simple absorption model from which an apparent absorption rate for the promoted solvents was derived.

The purpose of this study was to simulate the liquid flow rate distribution in the etching modules and find the optimal setup in order to achieve a distribution as homogenous as possible. The commercial software Matlab 2015a has been employed for all the numerical simulations. The optimization has been carried out varying several parameters, i.e. spray cross sections of the nozzles, the oscillation parameters, the rotating angle of the nozzles within etching module 1 and the nozzle arrangement inside the modules. Furthermore, the optimization has been carried out separately along the two directions of the modules. The results achieved computationally have been validated via experimental procedures. During this study a specific experimental setup has been developed in order to be able to compare experimental and computational results. The validation process has shown that the computational method matches the experimental results to a good extent. The experimental liquid distribution in etching module 2 widely matches the simulations to a quantitative extent, while the one in etching module 1 provides the same qualitative but different quantitative results.

Användningen av kommunalt avfall för att producera förnybar energi, huvudsaklig biogas, uppfyller 8 av Sveriges 16 miljökvalitetsmål. Två typer av rötningsprocesser som används är kontinuerligt omrörda tankreaktorer (CSTR) och pluggflödesreaktorer (PFR). Rapportens syfte är att direkt jämföra de två reaktorkonfigurationerna, PFR och CSTR, med samma substratblandning. Båda reaktortyperna drevs med samma belastning (5,2 g VS/L dag), hydraulisk retentionstid (30 dagar) och driftstemperatur (520C). Två PFR-reaktorer drevs med återcirkulation av rötrester. Under projektets gång mättes olika parametrar, vilka var: pH, total gasvolym och gassammansättning, FOS/TAC (organiska syror/alkalinitet), flyktiga fettsyror (VFA), ammonium-kvävekoncentration och TS (torrsubstanshalt) och VS (organiska ämnen). Studieresultatet var uppdelat i två sektioner. Avsnitt 1 sammanfattar uppstartsperioden, där alla tre CSTR (D1-R, D2-NR och C1-NR) kördes i icke-återcirkulerande läge. Uppstartsperioden gjordes för att säkerställa reaktorernas stabilitet och det gällde att uppnå en liknande baslinje för detektion. Inom studien accepterades avvikelser för baslinjen inom intervallet 0-5%. För uppstartsperioden varierade den specifika metanproduktionen med 2 % mellan D1-NR och D2-R, D1-R och C1-NR med 6 %, och D2-NR och C1-NR med 8 %. För ammoniak-koncentrationen var skillnaden mellan D1-R och D2-NR 2 % och mellan D1-R och C1-NR 9 %, mellan D2-NR och C1-NR, 7%. Med dessa variationer togs beslutet att utesluta reaktor C1-NR från den experimentella perioden för projektet. Avsnitt 2 jämför PFR och CSTR återcirkulerat/icke återcirkulerat läge. En CSTR drevs med 30 % återcirkulation av rötrest och en CSTR drevs i icke-återcirkulationsläge. Att jämföra PFR och CSTR återcirkulerat/icke återcirkulerat läge visade att PFR:erna övervann båda CSTR:erna när det gäller den specifika metanproduktionen. Där PFR producerade 395±93 NL/KgVS och 372±42 (N)L/KgVS CSTR med återcirkulation 280±10 (N)L/KgVS och den icke-återcirkulerade CSTR producerade 250±7 (N)L/KgVS. NH4+-N-nivåerna mellan PFR och CSTR visade en skillnad på 1 g/L, där PFR var den med högre NH4+-N (2,53±0,39 g/L för PFR-A och 2,73±0,43 g/L för PFR-T). En av skillnaderna mellan de återcirkulerade och de icke-återcirkulerade CSTR:erna var VFA-koncentrationen. VFA-koncentrationen i de återcirkulerade var 1,05±0,90 g/L och 0,43±0,25 g/L i de icke-återcirkulerade. VFA-koncentrationen för PFR var i genomsnitt 0,28±0,12 g/L och 0,40 ±0,16 g/L. Graden av nedbrytning i CSTRs var 90-91%, och 63-65% i PFR. Den är möjligen felberäknad och visar en inkonsekvens mellan reaktorernas prestanda och specifik metanproduktion. / The use of municipal waste to produce renewable energy, in the form of biogas, fulfils eight of Sweden's sixteen environmental quality objectives. The most common technology to produce biogas is anaerobic digestion (AD). Two common types of AD processes are continuously stirred reactors (CSTR) and plug flow reactors (PFR). The thesis aims at directly comparing the two reactor configurations using the same substrate mix. For this, two PFRs (PFR-T and PFR-A) and three CSTRs (D1-R, D2-NR and C1-NR) were setup. All reactors were operated at the same organic loading rate (5.2 g VS/L-day), hydraulic retention time (30 days) and operational temperature (52°C). During the project, various parameters were measured to evaluate the reactor performance, such as pH, total gas volume and gas composition, FOS/TAC (organic acids/alkalinity), volatile fatty acids (VFA), ammonium-nitrogen concentration, and solid and volatile solid of digestate.   The study result was divided into two sections. Section 1 summarises the start-up period (42 days), where the CSTRs and the PFRs were operated under non-recirculation mode. The start-up period was done to ensure the stability of the reactors and was concerned with achieving a similar baseline for performance. For the start-up period, the specific methane production between D1-R and D2-NR varied by 2% while the variation between C1-NR and D2-NR was 8%. Likewise, for the ammonia concentration, the difference between D1-R and D2-NR was 2%, while C1-NR differed by 9% from D2-NR. Based on these findings, the decision was taken to exclude reactor C1-NR from the experimental period of the project.  Section 2 compares the PFR and CSTR. One CSTR was operated with 30% recirculation of digest, while the other CSTR was operated in non-recirculation mode. The two PFRs were operated with recirculation of digestate. The experiments showed that the PFRs outperformed both CSTRs regarding the specific methane production. The PFRs produced 395±93 (N)L/kg-VS and 372±42 (N)L/kg-VS. In contrast, the CSTR with recirculation reached 280±10 (N)L/kg-VS and the non-recirculated CSTR produced 250±7 (N)L/kg-VS. The NH4+-N levels for the PFRs and CSTRs showed a 1 g/L difference, with a higher value for the PFRs (2.53±0.39 g/L for PFR-A, and 2.73±0.43 g/L for PFR-T). One of the significant differences between the recirculated and the non-recirculated CSTRs was the VFA concentration. The VFA concentration in the recirculated and non-recirculated reactor was 1.05±0.90 g/L and 0.43±0.25 g/L, respectively. The VFA concentration for the two PFRs was on average 0.28±0.12 g/L and 0.40 ±0.16 g/L. The degree of degradation in the CSTRs was 90-91% compared to 63-65% in the PFRs. The degree of degradation is possibly miscalculated and shows an inconsistency between the reactor performance in terms of specific methane production.

Hydrering är en viktig process för att producera produkter med önskade egenskaper samt att uppfylla de lagliga krav som existerar med avseende på miljö och hälsa. Reaktionerna som sker vid hydreringen är katalytiska vilket innebär att förstå sam utnyttja de mest lämpliga katalysatorerna är av yttersta vikt. Avsvavling (HDS) är en av de mest studerade reaktionerna medan avaromatisering (HDA) samt borttagandet av kväve (HDN) är diskuterade samt förstådda i lägre grad. Trots det är aromatiska samt kväverika föreningar naturligt förekommande i matningar till hydreringsreaktorerna där de organiska kväveföreningarna är inhibitorer. I detta arbete är målet att tillverka samt utvärdera några hydreringskatalysatorer med fokus på deras prestanda för HDA och HDN reaktionerna. Den bästa möjliga tekniken idag för tillverkningen av hydreringskatalysatorer utnyttjar kelateringsreagens vid beredningen. Detta har visat sig ha en positiv inverkan på egenskaperna och aktivteten vid hydrering för NiMo-katalysatorer. För att undersöka detta närmare har två typer av katalysatorer tillverkats, en med kelateringsreagens (typ II) och en utan (typ I). Dessa var sedan utvärderade i dess HDA och HDN aktiveter. Katalysatorerna var tillverkade samt karaktäriserade vid KTH och sedan aktiverade via sulfidering samt utvärderade vid Nynas AB. Aktiviteten för de sulfiderade katalysatorerna var utvärderade i ett surrogatsystem bestående av fenantren (PHE) som modell för aromatiska föreningar samt karbazol (CBZ) eller akridin (ACR) som modell för icke-basiskt samt basiskt organisk-kväve. Aktivitetsutvärderingen utfördes i en porlbäddreaktor där aktiviteten undersöktes vid närvarandet samt avsaknandet av de organiska kväveföreningarna. När matningen byttes, en så kallad modeswitch, ändras aktiviteten beroende på de betingelser som undersöktes. Reaktortemperaturen varierade mellan 300 °C och 320 °C vid ett konstant systemtryck på 120 barg. Katalysatornsaktivitet var positivt korrelerad med reaktortemperaturen där en lägre aktivtetuppmättes vid 300 °C jämfört med 320 °C. Det visade sig även att båda typerna av organiskt kväve påverkade aktivteten negativt vid båda undersökta temperaturerna. Utöver det så var de basiska kväveföreningarna mer inhiberande jämfört med de icke-basiska föreningarna för båda katalysatorerna. Inhiberingen orsakad av karbazol visade sig vara helt reversibel medan akridininhiberingen antydde på mer permanenta effekter för typ II katalsatorn. Dessa resultat antyder, trots de preliminära antagandena, att typ I katalysatorn var bättre än typ II katalysatorn. / Hydrotreating processes are of high importance in helping to obtain the desired characteristics of products as well as to comply with the legislation regarding health hazards and environmental pollution. Hydrotreating reactions are catalytic reactions which imply that the understanding and utilization of the most suitable catalysts is crucial. While hydrodesulfurization is a vastly studied branch of hydrotreating, hydrodearomatization (HDA), and hydrodenitrogenation (HDN) processes are less discussed and understood. However, aromatic compounds along with nitrogen-containing inhibitors are naturally present in the hydrotreater feeds. Therefore, the aim of this study was the preparation and evaluation of hydrotreating catalysts with the main focus on HDA and HDN reactions. According to the current state of the art, the utilization of chelating agents during preparation has a positive impact on the characteristics and activity of hydrotreating catalysts therefore NiMo catalysts with (Type II) and without (Type I) a chelating agent were prepared and evaluated towards HDA and HDN reactions. The catalysts were prepared and characterized at KTH and then activated (sulfided) and evaluated at Nynas AB. The activity of the sulfided catalysts was evaluated using surrogate mixture models containing phenanthrene (PHE) as an aromatic compound, and carbazole (CBZ) or acridine (ACR). The latter ones were representing two types of nitrogen-containing inhibitors, non-basic and basic. The activity testing was carried out in a trickle-bed microreactor during three-step experiments in the presence and absence of the organic nitrogen compounds (mode switches). During the mode switches the activity of the catalysts under varying conditions was investigated. The operating temperature of the reactor varied between 300 and 320°C under constant H2 pressure of 120 barg. The catalytic activity was positively correlated with temperature with the catalysts exhibiting lower activities at 300°C than at 320°C. It is noteworthy that the activity of all the catalysts was hindered by the presence of both nitrogen compounds at all temperatures with the basic nitrogen (ACR) being more inhibitory for both catalysts. CBZ inhibition to the HDA reactions showed reversibility, while ACR had a more permanent inhibiting effect in the case of the Type II catalyst. The results indicated that despite the preliminary assumptions, the Type I catalyst outperformed the Type II.

Ozonförbehandling av avloppsvattenslam har diskuterats i litteraturen som en potentiell metod för att öka biogasproduktionen och minska slamvolymen. I detta arbete utvecklades en numerisk modell för att simulera effekten av ozonförbehandling på biogasproduktion genom anaerobrötning. Modellen bygger på en befintlig modell från litteraturen. Den antar att ozonering leder till en förbättring av hydrolyssteget samtidigt som de övriga stegen (acidogen, acetogen och metanogen) lämnas opåverkade. Modellen kan förutsäga biogasproduktionen för ett givet substrat förutsatt att den matas in i sin makromolekylära koncentration. Modellen är validerad mot fyra uppsättningar data från laboratorieexperiment rapporterade i litteraturen. Även genomförbarhetanalys och känslighetsanalys av modellen studerades. Skillnad i simulerade och experimentella data beräknades för olika ozondoser och en regressionsplot gjordes för att studera robustheten och noggrannheten hos modellen. / Ozone pretreatment of wastewater sludge has been discussed in the literature as a potential method for increasing biogas production and reducing sludge volume. In this work, a numerical model to simulate the effect of ozone pretreatment on biogas production by anaerobic digestion was developed. The model is based on an existing model from the literature. It assumes that ozonation leads to an enhancement of the hydrolysis step while leaving the other steps (acidogenic, acetogenic and methanogenic) unaffected. The model can predict the biogas production for any given substrate provided it is being inputted in its macromolecular concentration. The model is validated against four sets of data from laboratory experiments reported in the literature. Feasibility and sensitivity analysis of the model was also studied. Difference in the simulated and experimental data were calculated for different ozone dosages and a regression plot was made to study the robustness and accuracy of the model.

One of the most sustainable pathways of sewage sludge treatment in recent years has been thermal conversion. The benefits of thermal treatment of sewage sludge are the recovery of energy or valuable chemical products, the destruction of harmful organic compounds, the separation of heavy metals from the P-rich coarse ash fraction, and the decreased and sanitized ash volume. The ashes created by these thermal conversion processes of sewage sludge are often rich in P that is mostly present in minerals with low plant-availability such as apatite. Due to the enrichment of P in the created ashes, a variety of post-processing steps have been developed to recover P from sewage sludge ashes. One proven way for the sus-tainable recovery of P from such ashes is thermal post-processing with alkaline salts, e.g., Na2SO4 or K2CO3, which was able to transform less plant-available phosphates in the sewage sludge into more plant-available alkali-bearing phos-phates. Based on these results, one could facilitate creating these phosphates with enhanced plant-availability by providing the chemical potential to form them already during the thermal conversion process of sewage sludge.   This thesis aims to increase the current knowledge about the ash transformation processes of P and to suggest suitable process parameters for the alteration of the phosphate speciation in sewage sludge ashes by co-conversion with alkaline-rich agricultural residues. More specifically, the possibility of incorporating K derived from agricultural residues in phosphate structures derived from sewage sludge was evaluated with respect to the influence of the process temperature, the conver-sion atmosphere, and the fuel mixture. The studied parameters were chosen to generate knowledge relevant for fluidized bed gasification processes, with a spe-cial focus on dual fluidized bed (DFB) gasification systems. The applicability of feldspar bed materials in fluidized bed gasification systems was investigated to enable the substitution of the commonly used olivine, which often contains heavy metals (potentially contaminating recovered ashes), and quartz, which is very reactive towards fuel-derived K and potentially leads to bed material fragmentation and bed agglomeration (Paper I & II). Subsequently, the thermodynamic potential for the alteration of the P-species in sewage sludge ash during co-combustion and co-gasification processes with agricultural residues was investigated (Paper III). Thereafter, an experimental evaluation of the ash transformation chemistry in thermal conversion processes of sewage sludge with different types of alkali-rich agricultural residues in temperatures relevant for flu-idized bed technology was conducted (Paper IV & V). The methodology employed was chosen with respect to the state of technology of the specific investigated process. Paper I & II applied SEM, EDS, XRD, and thermodynamic equilibrium modeling for bed material samples derived from an industrial indirect gasifier. Paper III applied thermodynamic equilibrium calcula-tions to theoretically evaluate ash compositions resulting from co-conversion of sewage sludge and agricultural residues. Paper IV & V employed SEM, EDS, ICP-AES/MS, XRD, and thermochemical modeling on ash samples derived from single pellet lab-scale experiments. The results obtained by analysis of bed material from indirect wood gasification showed the difference in interaction mechanism for K-feldspar and Na-feldspar, most notably the enhanced disintegration of Na-feldspar by K originating from the fuel (Paper I & II). Thermodynamic models employed for fuel mixtures of sewage sludge and agricultural residues showed the thermodynamic preference for the formation of the desired alkali-bearing phosphates (Paper III). Experi-ments conducted with these fuel mixtures (Paper IV & V) supported the theo-retical findings, and the influence of temperature and process conditions could be obtained. However, practical investigations also showed that attainment of the desired ash composition is subject to significant restrictions. Derived from the elaborated results and discussions, it was possible to assess the critical process and fuel parameters for the development of up-scaled gasification processes focusing on the conversion of sewage sludge with the aim of creating improved phosphate formation in the ash. The selection of a suitable bed material in fluidized bed conversion and the transformation mechanisms defining the ash chemistry were found to be of vital importance for future applications. The pur-suit of the predefined aims in reference to P-recovery from sewage sludge has led to a multitude of suggestions for suitable process parameters that must be ad-dressed in future bench- and pilot-scale experimental runs.