The current societal needs for fuels and chemical commodities strongly depend on fossil resources. This dependence can lead to economic instabilities, political problems and insecurity of supplies. Moreover, global warming, which is associated with the massive use of fossil resources, is a dramatic “collateral damage” that endangers the future of the planet. Biomass is the main renewable source available today that can, produce various liquid, gaseous and solid products. Due to their lignocellulosic origin are considered CO2 neutral and thus can generate CO2 credits. Biomass processing can meet to the challenge of reducing of fossil resources by producing a liquid feedstock that can lessen the “fossil dependence” and /or meet the increased demand via a rapidly emerging thermochemical technology: pyrolysis. The ultimate goal of this process is to produce liquid with improved properties that could directly be used as liquid fuel, fuel additive and/or feedstock in modern oil refineries and petrochemical complexes. However, the liquids derived from biomass thermal processing are problematic with respect to their handling and end use applications. Thus, alternative routes of advanced liquid feedstock production are needed. Heterogeneous catalysis has long served the oil refining and petrochemical industries to produce a wide range of fuels and products. The combination of biomass pyrolysis and heterogeneous catalysis (by bringing in contact the produced vapours/liquids with suitable catalysts) is a very promising route. In this dissertation, the exploitation of biomass to produce of liquid feedstock via pyrolysis over a multifunctional catalyst and in a steam atmosphere is investigated.  Steam pyrolysis in a fixed bed reactor demonstrated that steam can be considered a reactive agent even at lower temperatures affecting the yields and the composition of all the products. The devolatilisation accelerates and the amount of final volatile matter in the char. Fast pyrolysis in the presence of steam results in improved and controlled thermal decomposition of the biomass; higher liquid yields and slightly deoxygenated liquid products are also obtained. Steam pyrolysis over a bi-metallic Ni-V catalyst can produce liquids of improved quality (lower O content) and also provide routes for selective deoxygenation. However, a decrease in liquid yield was observed. The combination of metal and acid catalysts (Ni-V/HZSM5) shows enhanced deoxygenation activity and increased H preservation in the produced liquid. The final O content in the liquid was 12.83wt% at a zeolite (HZSM5) loading of~75wt%; however, the yield of the obtained liquid was substantially decreased. Moreover, increased coke formation on the catalyst was observed at highest zeolite rate. The increased catalyst space time (τ) results in a lower liquid yield with reduced oxygen (7.79 wt% at τ =2h) and increased aromatic content. The coke deposited per unit mass of catalyst is lower for longer catalyst space times, while the char yield seems to be unaffected. The evaluation of the stability of the hybrid catalyst showed no significant structural defects and activity loss when the catalyst was regenerated at a low temperature (550οC). / Det nuvarande samhällets behov av bränslen och kemiska produkter är starkt knutet till fossila resurser. Detta beroende kan leda till ekonomisk instabilititet, politiska svårigheter och osäker leveranssäkerhet. Dessutom riskeras allvarliga skador i framtiden på grund av global uppvärmning, vilket är relaterat till det ökande och massiva användandet av fossila bränslen.   Biomassa är en förnybar resurs som är tillgänglig idag, möjlig att utnyttja för produktion av diverse flytande, gasformiga och fasta produkter. Dessa produkter, beroende på biogeniskt ursprung, betraktas som koldioxidneutrala och kan därför generera koldioxidkrediter. Processande av biomassa kan möta utmaningen av minskad fossilbränsleanvändning, genom produktion av flytande råvara som kan reducera beroendet och/eller möta ökad efterfrågan, via en snabbt expanderande termokemisk teknik - pyrolys.    Det slutgiltiga målet med en sådan process är att producera en flytande produkt med förbättrade egenskaper som direkt skulle kunna användas som flytande bränslen, bränsleadditiv och/eller som råmaterial i moderna oljeraffinaderier och petrokemiska komplex. Vätskor som utvinns från termiska processer är problematiska med avseende på hantering och slutanvändningen i olika applikationer, därmed behövs olika spår för produktion av avancerade flytande råvaror. Heterogena katalysen har länge tjänat raffinaderi- och petrokemisk industri, som producerar ett brett utbud av bränslen och produkter, lämpliga för säker användning. Kombinationen av biomassapyrolys och heterogen katalys  (genom att bringa pyrolysångorna i kontakt med en lämplig katalysator) är ett väldigt lovande spår. I denna avhandling undersöks användningen av biomassa för produktion av flytande råvara, via pyrolys över en flerfunktionel katalysator i ångatmosfär. Ångpyrolys i en fastbäddsreaktor visade att ånga kan betraktas som ett reaktivt medium,  även vid låga temperaturer, som påverkar utbyten och sammansättning av alla produkter. Avgasningen sker snabbare och den slutliga flykthalten i kolresterna blir lägren vid användning av ånga. Snabbpyrolys i ångatmosfär resulterar i förbättrad och mer kontrollerad termisk nedbrytning av biomassa, vilket ger ett högre vätskeutbyte och en något deoxygenerad flytande produkten. ångpyrolys i kombination med bimetalliska NiV-katalysatorer, ger upphov till en flytande råvara med förbättrad kvalitet och selektiv deoxygenering. Dock med ett minskande utbyte som följd. Kombinationen av metall och en sur katalysator (Ni-V/HZSM5) visade förstärkt deoxygenering med bibehållen vätehalt i den flytande produkten. Den slutliga syrehalten i vätskan var 12.83 vikt% vid en zeolithalt (HZSM5) på 75 vikt%, dock med ett kraftigt minskande vätskeutbyte. Dessutom noterades ökad koksbildning på katalysatormaterialet med den högsta zeolithalten. Ökad rymd-tid  för katalysatorn (τ) ger ett lägre vätskeutbyte med reducerad syrehalt (7.79 vikt% vid τ=2h) och ökad aromathalt. Koksbildning på ytan, per massenhet katalysatormaterial, minskade vid längre rymd-tider medan utbytet av kolrester förblev opåverkat.  Undersökningen av stabiliteten hos hybridkatalysatorn visade inga strukturella defekter och ingen signifikant minskad aktivitet efter regenerering vid låg temperatur (550οC). / Οι σύγχρονες ανάγκες της κοινωνίας για παραγωγή υγρών καυσίμων και χημικών προϊόντων εξαρτώνται από τους ορυκτούς πόρους. Αυτή η εξάρτηση μπορεί να οδηγήσει σε οικονομικά προβλήματα, πολιτκή αστάθεια, όπως επίσης και αβεβαιότητα στις προμήθειες της ενεργειακής εφοδιαστικής αλυσίδας. Επιπροσθέτως, μια δραματική «παράπλευρη απώλεια» η οποία θέτει σε κίνδυνο το μέλλον του πλανήτη είναι η υπερθέρμανσή του, η οποία έχει συσχετισθεί με την εκτεταμένη χρήση ορυκτών πόρων. Σήμερα, η βιομάζα είναι η μόνη ανανεώσιμη πηγή από την οποία μπορούν να παραχθούν υγρά, αέρια και στερεά προϊόντα, που λόγω της λιγνοκυταρρινικής τους προελεύσεως, η συνεισφορά τους στις εκομπές CO2 θεώρειται μηδενική. Η θερμοχημική επεξεργασία της βιομάζας συνεισφέρει στον περιορισμό της χρήσης ορυκτών πόρων, με την παραγωγή υγρών προϊόντων, τα οποία μπορούν να μειώσουν την εξάρτηση ή /και την αυξημένη ζήτηση μέσω μιας ταχέως αναπτυσόμενης τεχνολογίας, της πυρόλυσης. Στόχος της διεργασίας είναι η παραγωγή υγρών προϊόντων με ιδιότητες, που επιτρέπουν την απευθείας χρήση τους ως υγρά καύσιμα ή ως πρώτη ύλη, για την παραγώγη χημικών προϊόντων σε συγχρονες μονάδες διύλισης πετρελαίου και σε πετροχημικά συγκτροτήματα. Εν τούτοις, τα υγρά προϊόντα της θερμικής διάσπασης (πυρόλυση) είναι προβληματικά στη διαχείρηση και στις τελικές τους εφαρμογές, λόγω της σύστασής τους. Ως εκ τούτου, απαιτούνται νέες τεχνικές για παραγωγή προηγμένων υγρών προοϊόντων. Η ετερογενής κατάλυση έχει επιτυχώς εφαρμοσθεί στην πετρελαϊκή και χημική βιομηχανία, παράγοντας ένα μεγάλο εύρος προϊόντων. Ο συνδυασμός της με την πυρόλυση (φέρνοντας σε επαφη τα υγρά/ατμούς με κατάλληλο καταλύτη) αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη ενναλακτική. Στην παρούσα διατριβή μελετάται η αξιοποίηση βιομάζας για παραγωγή υγρών προϊόντων μέσω καταλυτικής πυρόλυσης, με χρήση πολυλειτουρικού καταλύτη (multi-functional catalyst) υπό την παρουσία ατμού. Η χρήση ατμου κατά τη διαρκειά πυρόλυσης βιομαζας σε αντιδραστήρα σταθερής κλίνης, μεταβάλει τη σύσταση των επιμέρους προϊόντων. Η παρουσία ατμού έχει ως αποτέλεσμα την ταχύτερη αποπτητικοποίηση του υλικού, ενώ παράλληλα η περιεκτικότητα του υπολειπόμενου εξανθρακώματος σε πτητικά είναι μικρότερη. Τα πειραματικά αποτελέσματα ταχείας πυρόλυσης σε αντιδραστήρα ρευστοστερεάς κλίνης δείχνουν ό,τι η χρήση ατμού βελτιώνει την θερμική διάσπαση της βιομαζας, αυξάνοντας την απόδοση σε υγρά προϊοντά, ενώ παράλληλα βοηθάει στην αποξυγόνωσή τους. Ο συνδυασμός της πυρόλυσης υπό την παρουσία ατμού και διμεταλλικού καταλύτη νικελίου–βαναδίου μπορεί να  βελτιώσει την ποιότητα των παραγόμενων υγρών (αποξυγόνωση) με παραλλήλη μείωση της απόδοσής τους, ενώ μπορεί να  παράγει προϊόντα εκλεκτικής αποξυγόνωσης. Συνδυασμός μεταλλικών και ζεολιθικών καταλυτών (Ni-V/HZSM5) εμφανίζει βελτιωμένη δραστικότητα στις αντιδράσεις αποξυγόνωσης, με παράλληλη συγκράτηση υδρογόνου (Η) στα υγρά προϊόντα. Η τελική περιεκτικότητα των υγρών προϊόντων σε οξυγόνου (Ο) μετά από 90 min αντίδρασης είναι 12.83 wt%, με περιεκτικότητα ζεόλιθου (ΗZSΜ5) ~75 wt% στον καταλύτη. Ωστόσο, η αυξηση της περεικτικότητας σε ζεόλιθο έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση των επικαθήσεων άνθρακα επάνω στον κατάλυτη, καθώς και την σημαντική μειώση της απόδοσης των υγρών προϊόντων (24.35wt% επι ξηρής βιομάζας).  Η αύξηση του χώρου χρόνου του καταλύτη (τ) έχει ως αποτέλεσμα: τη μείωση των υγρών προϊόντων, τη μείωση του περιεχόμενου Ο στα υγρά προϊόντα (7.79 wt% at τ =2h), την αύξηση των αρωματικών υδρογονανθράκων και τη μείωση του επικαθήμενου κωκ ανά μονάδα μάζας καταλύτη. Η απόδοση του εξανθρακώματος παρέμεινε πρακτικά αμετάβλητη. Η αναγέννηση του υβριδικού καταλύτη σε χαμηλές θερμοκρασιές (550οC) δεν επέφερε σημαντικές δομικές αλλαγές και απώλεια δραστικότητας. / <p>QC 20140306</p>

Denna rapport är en studie där tre olika reningstekniker för att reducera utsläppen av VOC, (volatile organic compounds) på färgföretaget Beckers Group, jämförs och utvärderas. De reduceringsmetoder Beckers använder sig av i dagsläget vilka ska jämföras är på anläggningen i Sverige en uppkoncentrering med en zeolitrotor följt av katalytisk förbränning. Anläggningarna i Kina har ett skrubbertorn med diesel följt av en aktiv kolbädd som polersteg. Anläggningarna i USA har en katalytisk förbränningsmetod kallad Oxidizer. Teknikerna jämförs och utvärderas utifrån teknik, miljö och ekonomi i rapporten. Rapporten inleds med att teori gällande färgtillverkning, lösningsmedel och reningsteknikerna redogörs. Därefter görs en utförlig beskrivning för respektive anläggning utifrån teknik, miljö och ekonomi. Denna information ligger sedan till grund för jämförelse och utvärdering av metoderna. Rapporten kompletteras med beräkningsredskap för att uppskatta vilken av de ovan nämnda teknikerna som kan anses vara lämplig för en given utsläppssituation samt för att uppskatta kapitalet för denna teknik. Det framgår i rapporten att uppkoncentrering med en zeolitrotor följt av katalytisk förbränning är den miljömässigt bästa reningstekniken då den kräver mindre energi, har hög reningsgrad samt att den genererar väldigt lite avfall. Sämst ur miljösynpunkt är skrubbertorn med diesel följt av en aktiv kolbädd eftersom den har en lägre reningsgrad samt att stora mängder avfall erhålls. Ur miljösynpunkt kan denna metod förbättras om omhändertagandet sker med stor försiktighet samt om avfallet återanvänds. Oxidizern hamnar där emellan då den har bra reningsgrad och genererar mycket lite avfall men metoden kräver stödbrännare för att driva processen vilket ökar energikonsumtionen. Ekonomiskt är investeringskapitalet avsevärt lägre för skrubbertornet med diesel följt av en bädd med aktivt kol och dyrast är uppkoncentrering med en zeolitrotor följt av katalytisk förbränning. Ökar luftflödet ut från anläggningen kommer det att löna sig att installera en rotor före förbränningen då denna kommer återbetalas tack vare insparande av energikostnader. Investeringskapitalet för Oxidizern liknar metoden i Sverige bortsett från själva kapitalet för rotorn. De rörliga kostnaderna för skrubbertorn med diesel följt av aktivt kol är beroende av om kol och diesel kan åeranvändas, gör det inte det blir kostnaderna mycket höga för detta och stiger med den mängd VOC som måste renas. / This work is a study where three different reduction techniques regarding VOC (volatile organic compounds) abatement, at the paint and coating company Beckers Group, is compared and evaluated. The reduction techniques that Beckers Group is using are a rotor technique to concentrate up the VOC-concentration before a catalytic combustion in Sweden, a Catalytic combustion technique called Oxidizer in USA and a scrubber technique with diesel followed by active carbon in China. The techniques are evaluated regarding technique, environment and economic aspects. The report starts with a theoretical background of paint manufacturing, solvent and the reduction techniques. Then the three different techniques are described in detail regarding the technical, environmental and economic aspects. This information will provide the ground for the comparison and evaluation of the system. The report is complemented with some tools to estimate which of the techniques that would be the most appropriate for a given situation and also for estimating the investment capital of the technique. It appears, in the report, that the rotor technique followed by a catalytic combustion is the best technique according to the environmental aspect since it has low energy consumption and is not generating a lot of waste. The worst technique in an environmental aspect is the scrubber technique with diesel followed by active carbon because of the lower VOC-reduction value and a big amount of waste that is obtained. Out of an environmental aspect this technique can be improved by taking care of the waste with great caution by reusing or recycling. The Oxidizer end up in between because it has good reduction rate and generate very little waste, but the method requires support burner to drive the process, which increases the energy consumption. The investment in capital is much lower for the scrubber with diesel followed by active carbon than the catalytic combustion of VOC. If the air flow is big it will pay off with a rotor for concentrating up the VOC-concentration thanks to lower energy consumption. Investment capital for Oxidizern is similar to the method used in Sweden except from the cost of the rotor. The cost for the scrubber is depending on whether the diesel and carbon can be reused or recycled. If not the diesel and carbon is being reused or recycled the cost will increase with the amount of VOC treated.

Demand for high-quality graphite is expected to experience an extraordinary growth rate, in large part due to its wide range of industrial applications such as adsorbents, lubricants, electrodes, etc. This thesis developed a novel sustainable approach to produce green-graphite materials by applying biochar, acarbon-rich valuable by-product obtained from biomass, as a carbon precursor. Meanwhile, iron-based catalysts are applied to enable the graphitization at a relatively lower temperature. This study focuses on the different parameters which could affect the evolution of carbon structure. The samples were mixed with catalyst in two ways, dry mixing and wet impregnation. Aside from the addition method, several parameters including temperature, heating duration, and iron loading amount were varied from 800 to 1300 ℃, 1 to 6 hours, and 0 to 33.6% respectively, to figure out an optimum graphitization process. The samples were characterized by X-ray diffraction, Raman scattering, SEM and particle size distribution analysis. Based on the characterization results, it was confirmed that with the increase of the graphitization temperature, duration and amount of iron loading, synthetic graphite performs a better graphitization and a higher conversion rate. Meanwhile, a detailed dissolution-precipitation mechanism was introduced and discussed in the context of iron-carbon equilibrium phase diagram to explain this catalytic process. / Efterfrågan på högkvalitativ grafit förväntas uppleva en extraordinär tillväxttakt, till stor del på grund av dess breda utbud av industriella applikationer som adsorbenter, smörjmedel, elektroder etc.  Denna avhandling utvecklar ett nytt hållbart tillvägagångssätt för att producera grön-grafit genom att använda biokol, en kolrik värdefull biprodukt erhållen från biomassa, som en kolprekursor. Även järnbaserade katalysatorer används för att möjliggöra grafitisering vid relativt lägre temperaturer. Denna  studie fokuserar på  de olika  parametrar  som  kan  påverka  bildandet  av kolstrukturen. Proverna blandades med katalysatormaterialet på två sätt, torrblandning och våtimpregnering. Förutom tillsatsmetoden justeras flera andra parametrar, inklusive temperatur, uppvärmningstid och mängd järnbelastning för  att  få  en optimal  grafitiseringsprocess.  Proverna karakteriserades därefter genom röntgendiffraktion, Ramanspridning, SEM och  partikelstorleksfördelningsanalys. Baserat på karakteriseringsresultaten bekräftades det att med en ökande grafitiseringstemperatur, varaktighet och mängd av järnbelastning, får syntetisk grafit en bättre grafitisering och en högre omvandlingsgrad. Även en detaljerad upplösnings-utfällningsmekanism introducerades och diskuterades i sammanhanget av järn-kol jämviktsfasdiagrammet  för  att förklara den katalytiska processen.

Graphite materials are vital industrial products. The rapid development of the battery and electronic computer industries has incentivized a great demand for graphite materials. However, today, graphite materials are commercially produced via thermal treating fossil oil or coal derived coke at a temperature higher than 2500℃. Both of the fossil-based feedstock and the energy-intensive production process are contrary to the concept of sustainable development. This thesis proposes a sustainable low-temperature catalytic graphitization process to produce graphite materials with highly ordered crystallinity by using commercial biomass pyrolysis biochar as the feedstock. Iron nitrate was selected as the graphitization catalyst. The effect of the graphitization temperature and the iron loading amount on the properties of the produced carbon products was studied. Produced graphite materials were characterized by performing X-ray diffraction, Nitrogen adsorption-desorption, and elemental analysis. Results show that the average graphitic crystalline size and the degree of graphitization of the product increased with the increase of the graphitization temperature and the iron loading amount. However, the increase of the iron loading amount reduced the catalyst removal efficiency of the acid washing process. When the graphitization temperature is higher than 1100℃ and the iron loading amount is higher than 11.2 wt.%, the crystallinity of the produced graphite material is better than that of the commercial graphite. The graphite material with the best crystallinity, which was produced at a temperature of 1300℃ and an iron loading of 33.6 wt.%, has crystallinity very close tothe pure graphite. / Grafitmaterial är viktiga industriprodukter. Den snabba utvecklingen av batteri- och elektronikdatorindustrin har stimulerat en stor efterfrågan på grafitmaterial. Idag framställs emellertid grafitmaterial kommersiellt via termisk behandling av fossil olja eller kol härledd koks vid en temperatur högre än 2500℃. Både det fossilbaserade råvaran och den energikrävande produktionsprocessen strider mot begreppet hållbar utveckling. Denna avhandling föreslår en hållbar katalytisk grafitiseringsprocess vid låg temperatur för att producera grafitmaterial med högt ordnad kristallinitet genom att använda kommersiell biomassapyrolysbiokol som råmaterial. Järnnitrat valdes som grafitiseringskatalysator. Effekten av grafitiseringstemperaturen och järnbelastningsmängden på egenskaperna hos de producerade kolprodukterna studerades. Framställda grafitmaterial kännetecknades av utförande av röntgendiffraktion, kväve-adsorptionsdesorption och elementaranalys. Resultaten visar att den genomsnittliga grafitiska kristallina storleken och graden av grafitisering av produkten ökade med ökningen av grafitiseringstemperaturen och järnbelastningsmängden. Ökningen av järnbelastningsmängden minskade emellertid katalysatorns avlägsnande effektivitet för syratvättprocessen. När grafitiseringstemperaturen är högre än 1100℃ och järnbelastningsmängden är högre än 11,2 viktprocent, är kristalliniteten hos det producerade grafitmaterialet bättre än den för den kommersiella grafiten. Grafitmaterialet med den bästa kristalliniteten, som producerades vid en temperatur av 1300℃ och en järnbelastning på 33,6 viktprocent, har kristallinitet mycket nära den rena grafiten.

I och med nuvarande och kommande lagkrav för utsläpp från tunga lastbilar finns en efterfrågan på utvecklade strategier för utsläppsminskning. För att kontrollera utsläppen av kväveoxider (NOx) används katalytisk omvandling med AdBlue (vätskeblandning av urea och vatten).  AdBlue-dropparna förångas av avgaserna eller på en förångningsyta där en väggfilm kan skapas som i sin tur kan öka risken för utfällningar av urea. Därför finns ett behov av ett reglersystem för att minimera risken för utfällning,  Målet med detta examensarbete var att skapa en bättre förståelse för hur risken för utfällning av urea kan relateras till den nuvarande kalibreringen på Scania och föreslå hur det nuvarande reglersystemet kan förbättras. Tester uppdelat i två delar genomfördes i en provcell. Först testades ureadoseringen i pulser där doseringsmängden, förångningstiden och pulsfrekvensen varierades. Därefter testades varierat avgasflöde mellan två flöden genom att ändra ramptiden.  Genom visuella inspektioner visade det sig att pulserna med urea behöver längre förångningstid än vad den aktuella kalibreringen anger. Detta för att minska risken av utfällningar. Vid dosering av urea över den stationära förångningskapaciteten skapades väggfilmen längre bort från doseringsenheten. Detta leder till mindre effektiv användning av den doserade urean. För varierat avgasflöde med de valda ramptidena förändrades inte risken för utfällning. Därför skulle det nuvarande styrsystemet kunna förbättras genom att inkludera en längre tid för förångning mellan ureadoseringspulserna. / With current and upcoming emission legislation for heavy-duty transport, there is a demand for improved emission abatement strategies. To control nitrogen oxide (NOx) emissions, catalytic conversion with AdBlue (a liquid mixture of urea and water) is used. Droplets of AdBlue are evaporated by the exhaust gas or on an evaporation surface where a wall film can be created. A wall film increases the urea deposit risk which in turn causes problems. Consequently, there is a need for a control system to minimize the risk of urea deposits. The target of this thesis was to create a better understanding of how the urea deposit risk can be related to the current control calibration at Scania and to suggest how the current control system could be improved. Tests were performed in an engine testbed, in two parts. Firstly, varying of urea dosing was tested in pulses where the dosing amount, evaporation time and pulse frequency were varied. Secondly, the exhaust flow rate was varied between two flows by changing the ramp time. Through visual inspections, it was shown that the urea dosing pulses need longer evaporation time than the current control calibration states, to reduce the build-up of urea deposits. Furthermore, when dosing urea above the stationary evaporation capacity, the wall film was created further away from the dosing unit, thus, leading to less efficient use of the injected urea. For varying exhaust flow rate, the chosen ramp times did not change the urea deposit risk. Therefore, the current control system could be improved by including longer time for evaporation between the urea injection pulses.

<p>Katalytisk förbränning är en lovande teknik för användning vid kraftgenerering, särskilt för</p><p>gasturbiner. Genom att använda katalytisk förbränning kan man nå mycket låga emissioner av kväveoxider</p><p>(NOX), kolmonoxid (CO) och oförbrända kolväten (UHC) samtidigt, vilket är svårt vid</p><p>konventionell förbränning. Förutom att man erhåller låga emissioner, kan katalytisk förbränning stabilisera</p><p>förbränningen och kan därmed användas för att uppnå stabil förbränning för gaser med låga</p><p>värmevärden. Denna avhandling behandlar huvudsakligen högtemperaturdelen av den katalytiska</p><p>förbränningskammaren. Kraven på denna del har visat sig svåra att nå. För att den katalytiska förbränningskammaren</p><p>ska kunna göras till ett alternativ till den konventionella, måste katalysatorer</p><p>med bättre stabilitet och aktivitet utvecklas.</p><p>Målet med denna avhandling har varit att utveckla katalysatorer med högre aktivitet och stabilitet,</p><p>lämpliga för högtemperaturdelen av en katalytisk förbränningskammare för förbränning av naturgas.</p><p>En mikroemulsionsbaserad framställningsmetod utvecklades för att undersöka om den kunde ge</p><p>katalysatorer med bättre stabilitet och aktivitet. Bärarmaterial som är kända för sin stabilitet, magnesia</p><p>och hexaaluminat, framställdes med den nya metoden. Mikroemulsionsmetoden användes också</p><p>för att impregnera de framställda materialen med de mer aktiva materialen perovskit (LaMnO3) och</p><p>ceriumdioxid (CeO2). Det visade sig att mikroemulsionsmetoden kan användas för att framställa katalysatorer</p><p>med bättre aktivitet jämfört med de konventionella framställningsmetoderna. Genom att</p><p>använda mikroemulsionen för att lägga på aktiva material på bäraren erhölls också en högre aktivitet</p><p>jämfört med konventionella beläggningsstekniker.</p><p>Eftersom katalysatorerna ska användas under lång tid i förbräningskammaren utfördes också en</p><p>åldringsstudie. Som jämförelse användes en av de mest stabila materialen som rapporterats i litteraturen:</p><p>LMHA (mangan-substituerad lantan-hexaaluminat). Resultaten visade att LMHA deaktiverade</p><p>mycket mer jämfört med flera av katalysatorerna innehållande ceriumdioxid på hexaaluminat som</p><p>framställts med den utvecklade mikroemulsionstekniken.</p> / <p>Catalytic combustion is a promising technology for power applications, especially gas turbines.</p><p>By using catalytic combustion ultra low emissions of nitrogen oxides (NO_X), carbon monoxide (CO)</p><p>and unburned hydrocarbons (UHC) can be reached simultaneously, which is very difficult with conventional</p><p>combustion technologies. Besides achieving low emission levels, catalytic combustion can</p><p>stabilize the combustion and thereby be used to obtain stable combustion with low heating-value</p><p>gases. This thesis is focused on the high temperature part of the catalytic combustor. The level of</p><p>performance demanded on this part has been proven hard to achieve. In order to make the catalytic</p><p>combustor an alternative to the conventional flame combustor, more stable catalysts with higher activity</p><p>have to be developed.</p><p>The objective of this work was to develop catalysts with higher activity and stability, suitable</p><p>for the high-temperature part of a catalytic combustor fueled by natural gas. A microemulsion-based</p><p>preparation method was developed for this purpose in an attempt to increase the stability and activity</p><p>of the catalysts. Supports known for their stability, magnesia and hexaaluminate, were prepared using</p><p>the new method. The microemulsion method was also used to impregnate the prepared material with</p><p>the more active materials perovskite (LaMnO₃) and ceria (CeO₂). It was shown that the microemulsion</p><p>method could be used to prepare catalysts with better activity compared to the conventional</p><p>methods. Furthermore, by using the microemulsion to apply active materials onto the support a</p><p>significantly higher activity was obtained than when using conventional impregnation techniques.</p><p>Since the catalysts will operate in the catalytic combustor for extended periods of time under</p><p>harsh conditions, an aging study was performed. One of the most stable catalysts reported in the</p><p>literature, LMHA (manganese-substituted lanthanum hexaaluminate), was included in the study for</p><p>comparison purposes. The results show that LMHA deactivated much more strongly compared to</p><p>several of the catalysts consisting of ceria supported on lanthanum hexaaluminate prepared by the</p><p>developed microemulsion method.</p>

Katalytisk förbränning är en lovande teknik för användning vid kraftgenerering, särskilt för gasturbiner. Genom att använda katalytisk förbränning kan man nå mycket låga emissioner av kväveoxider (NOX), kolmonoxid (CO) och oförbrända kolväten (UHC) samtidigt, vilket är svårt vid konventionell förbränning. Förutom att man erhåller låga emissioner, kan katalytisk förbränning stabilisera förbränningen och kan därmed användas för att uppnå stabil förbränning för gaser med låga värmevärden. Denna avhandling behandlar huvudsakligen högtemperaturdelen av den katalytiska förbränningskammaren. Kraven på denna del har visat sig svåra att nå. För att den katalytiska förbränningskammaren ska kunna göras till ett alternativ till den konventionella, måste katalysatorer med bättre stabilitet och aktivitet utvecklas. Målet med denna avhandling har varit att utveckla katalysatorer med högre aktivitet och stabilitet, lämpliga för högtemperaturdelen av en katalytisk förbränningskammare för förbränning av naturgas. En mikroemulsionsbaserad framställningsmetod utvecklades för att undersöka om den kunde ge katalysatorer med bättre stabilitet och aktivitet. Bärarmaterial som är kända för sin stabilitet, magnesia och hexaaluminat, framställdes med den nya metoden. Mikroemulsionsmetoden användes också för att impregnera de framställda materialen med de mer aktiva materialen perovskit (LaMnO3) och ceriumdioxid (CeO2). Det visade sig att mikroemulsionsmetoden kan användas för att framställa katalysatorer med bättre aktivitet jämfört med de konventionella framställningsmetoderna. Genom att använda mikroemulsionen för att lägga på aktiva material på bäraren erhölls också en högre aktivitet jämfört med konventionella beläggningsstekniker. Eftersom katalysatorerna ska användas under lång tid i förbräningskammaren utfördes också en åldringsstudie. Som jämförelse användes en av de mest stabila materialen som rapporterats i litteraturen: LMHA (mangan-substituerad lantan-hexaaluminat). Resultaten visade att LMHA deaktiverade mycket mer jämfört med flera av katalysatorerna innehållande ceriumdioxid på hexaaluminat som framställts med den utvecklade mikroemulsionstekniken. / Catalytic combustion is a promising technology for power applications, especially gas turbines. By using catalytic combustion ultra low emissions of nitrogen oxides (NOX), carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (UHC) can be reached simultaneously, which is very difficult with conventional combustion technologies. Besides achieving low emission levels, catalytic combustion can stabilize the combustion and thereby be used to obtain stable combustion with low heating-value gases. This thesis is focused on the high temperature part of the catalytic combustor. The level of performance demanded on this part has been proven hard to achieve. In order to make the catalytic combustor an alternative to the conventional flame combustor, more stable catalysts with higher activity have to be developed. The objective of this work was to develop catalysts with higher activity and stability, suitable for the high-temperature part of a catalytic combustor fueled by natural gas. A microemulsion-based preparation method was developed for this purpose in an attempt to increase the stability and activity of the catalysts. Supports known for their stability, magnesia and hexaaluminate, were prepared using the new method. The microemulsion method was also used to impregnate the prepared material with the more active materials perovskite (LaMnO3) and ceria (CeO2). It was shown that the microemulsion method could be used to prepare catalysts with better activity compared to the conventional methods. Furthermore, by using the microemulsion to apply active materials onto the support a significantly higher activity was obtained than when using conventional impregnation techniques. Since the catalysts will operate in the catalytic combustor for extended periods of time under harsh conditions, an aging study was performed. One of the most stable catalysts reported in the literature, LMHA (manganese-substituted lanthanum hexaaluminate), was included in the study for comparison purposes. The results show that LMHA deactivated much more strongly compared to several of the catalysts consisting of ceria supported on lanthanum hexaaluminate prepared by the developed microemulsion method. / QC 20101104

The combustion of fossil fuels has for a long time been a problem from an environmental and sustainability point of view, especially when it comes to the emissions of atmospheric carbon dioxide. The environmental concern has for instance shifted the attention towards finding new sustainable alternatives for producing chemicals and fuels, as a substitute to today’s dependence on fossil based crude oil. Catalytic Fast Pyrolysis of biomass is an excellent way to produce valuable chemicals and fuels using renewable resources. However, the process has some drawbacks, for example rapid deactivation of catalysts due to coke formation. Little is known about the characteristics of the formation of catalytic coke from pyrolysis processes, which should be a vital concern in future industrial processes. This thesis is dedicated to investigate the chemical coke characteristics found on zeolitic catalysts. Four zeolites of the type ZSM-5 were chosen for this thesis to deduce any chemical differences in the coke: HZSM-5, Fe/ZSM-5, Ni/ZSM-5, and Fe-Ni/ZSM-5. The coke were characterized by TGA, GC/MS, and FTIR. The results show that Fe/ZSM-5 produced the highest amount of coke compared to the other zeolites, where HZSM-5 had the lowest amount of coke formation. The coke consisted mainly of aromatic and cyclic hydrocarbons, dominated by polycyclic aromatic hydrocarbons. The content of ketones and alcohols in the coke found on HZSM-5 was higher compared to the metal-doped zeolites, while the formation of naphthalenes was lower. The FTIR results also show that coke was mainly comprised of aromatic hydrocarbons. However, traces of alkanes and alkenes reveal that the coke may have a greater variety than the GC/MS analysis suggests. The results show interesting features when metals are introduced to the zeolitic structure, at least when it comes to coke formation. The metal-doping of zeolites certainly seems to alter the chemistry of the catalytic reactions, compared to the parent zeolite. The differences in the chemical characteristics found in the coke are certainly interesting, and it could mean that the chemistry of the bio-oil also varies depending on the metals chosen for the ZSM-5. The new properties that metals introduce to the parent catalyst may open up new possibilities in industrial catalytic processes, and allow industries to take more advantage of the great benefits that biomass has to offer. / Förbränning av fossila bränslen har under lång tid utgjort ett problem ur miljö- och hållbarhetssynpunkt, i synnerhet gällande utsläppen av koldioxid. En större miljömedvetenhet har gett upphov till sökandet efter nya råvaror för att framställa bränslen och kemikalier, utan att förlita sig på fossil råolja. Katalytisk pyrolys av biomassa är ett utmärkt sätt att framställa värdefulla kemikalier från förnybara källor. Processen står dock inför en del tekniska utmaningar, bland annat en snabb deaktivering av använda katalysatorer genom koksning. Målet med detta examensarbete är att undersöka den kemiska sammansättningen av koks, som bildats på zeolitkatalysatorerna. Mer specifikt, att försöka undersöka huruvida den kemiska sammansättningen av koks skiljer sig mellan katalysatorn HZSM-5 och metalldopad HZSM-5. Fyra katalysatorer valdes för detta examensarbete, nämligen HZSM-5, Fe/ZSM-5, Ni/ZSM-5 och Fe-Ni/ZSM-5. Kokset har analyserats genom termogravimetrisk analys (TGA), gaskromatograf kopplad med en masspektrometer (GC/MS), samt Fourier-transform-infraröd-spektroskopi (FTIR). Resultaten visar att Fe/ZSM-5 bildade en större mängd koks jämfört med de andra zeoliterna, varpå HZSM-5 hade lägst halt koks. Utöver detta bestod kokset till största del av aromatiska- och cykliska kolväten, speciellt polycykliska aromatiska kolväten. Innehållet av ketoner och alkoholer i kokset var störst för HZSM-5, medan bildandet av naftalenföreningar ökade för de metalldopade zeoliterna. FTIR-analysen gav även upphov till signaler som är signifikanta för både alkaner och alkener. Därför kan det innebära att kokset innehar en större kemisk variation än vad GC/MS-analysen påvisade. Resultaten visar intressanta egenskaper hos metallmodifierade zeoliter, i synnerhet gällande koksbildning. Det verkar som att de metalldopade zeoliterna påverkar de katalytiska reaktionerna som sker i katalysatorn, jämfört med den obehandlade katalysatorn. Skillnaderna i den kemiska sammansättningen hos kokset för de olika katalysatorerna är definitivt intressant och kan indikera att det även kan föreligga skillnader i den kemiska sammansättningen hos bio-olja, beroende på vilken metall ZSM-5 har behandlas med. De nya egenskaperna som metaller bidrar med till ZSM-5 kan öppna upp nya möjligheter i industriella katalytiska processer, vilket även kan medföra att industrier bättre kan ta tillvara på de fantastiska egenskaper biomassa innehar.

Stricter requirements on the reduction of Nitrogen Oxides (NOx) in the emissions of heavy-duty diesel vehicles drives development for more efficient aftertreatment systems. An ammonia covered catalyst is one of the most successful technologies in reducing NOx by converting it into the harmless byproducts water and nitrogen. The ammonia injection control is however difficult due to nonlinearities and the impact of external exhaust parameters. The ammonia coverage ratio depends heavily on the surface temperature of the catalyst and a rapid increase in surface temperature would lead to a rapid decrease in ammonia storage capabilities. If the storage capabilities decrease below the current level of stored ammonia, the excess ammonia will flow into the exhaust and convert to NOx, an undesired phenomenon due to the cost of and the pollution caused by the ammonia released, often referred to as ammonia slip. This issue is further amplified by the fact that the problem is asymmetric, that is injected ammonia cannot be actively removed but has to be reduced by the reaction with the NOx present in the exhaust. As such, it is very important to keep the level of ammonia storage ratio low enough to avoid slipping but at the same time sufficiently high to obtain a satisfactory NOx conversion efficiency. These two issues are the main reasons why feedback control has proven to be difficult to implement to solve the dosing problem. As one has to store a lot of ammonia in order to obtain a satisfactory conversion of NOx, one often cannot react to rapid temperature increases in the catalyst. As such, one often experiences a lot of ammonia slip during these scenarios. In this report it is shown that utilizing predicted parameters of the exhaust in a model predictive controller reduces the ammonia consumption by 38% while also improving the tracking of the NOx conversion reference by 5.5%. / Strängare krav på minskning av kväveoxider (NOx) i utsläpp från tunga dieselfordon driver utvecklingen för ett mer effektivt efterbehandlingssystem. En ammoniakbelagd katalysator är en av de mest framgångsrika tekniker för att minska NOx genom att omvandla det till de ofarliga biprodukterna vatten och kväve. Injeceringen av ammoniak är dock svår att reglera på grund av olinjär dynamik och påverkan av externa avgasparametrar. Täckningsgraden av ammoniak beror starkt på yttemperaturen hos katalysatorn, där en ökning av temperaturen skulle leda till en minskad lagringskapacitet av ammoniak. Om lagringskapaciteten minskar under nuvarande täckningsgraden av ammoniak kommer överskottet av ammoniak att frigöras och strömma ut ur katalysatorn tillsammans med avgaserna och omvandlas till NOx, ett oönskat fenomen på grund av kostnaden för och de föroreningar som orsakas av ammoniaken. Detta problem förvärras av det faktum att problemet är asymmetriskt, dvs injicerad ammoniak kan inte aktivt avlägsnas utan måste reduceras genom att reagera med de befintliga NOx som finns i avgaserna. Därav är det väldigt viktigt att täckningsgraden av ammoniak hålls tillräckligt lågt för att undvika att ammoniaken frigörs men samtidigt tillräckligt hög för att erhålla den önskade omvandlingen av NOx. Dessa två problem är de främsta anledningarna till att reglering med återkoppling har visat sig vara svårt att implementera för att lösa doseringsproblemet. Eftersom det krävs en hög täckningsgraden av ammoniak för att få en önskvärd omvandling av NOx hinner en ofta inte korrigera för snabba temperaturökningar i katalysatorn. Det frigörs därför mycket av den lagrade ammoniaken under dessa scenarier. I denna rapport demonstreras att användandet av predikterade avgasparametrar i en modell prediktiv kontroller minskar ammoniakförbrukningen med 38% samtidigt som den önskade NOx omvandlingen förbättrades med 5.5%.

This study develops a novel pyrolysis process combined with in-line catalytic reforming toproduce high purity hydrogen and carbon products from waste plastics. The input resource is waste plastic material in the form of discarded Covid masks. Results show that for the optimized pyrolysis followed by in-line biochar-based catalytic reforming process, the hydrogen yield is 98.2 mg/g-mask (up to 87% purity), and the carbonyield is 642.4 mg/g-mask, with over 70% of the waste plastic being completely cracked to elemental carbon and hydrogen. The overall process has virtually no CO2 emissions. The use of biomass char catalysts has been studied to contribute to increased hydrogen yield. This is because the unique porous structure of the biochar catalyst increases the residence time of the pyrolysis vapor in the catalytic layer, allowing sufficient cracking of the macromolecular vapor, therefore, increasing the hydrogen yield. The process is also facilitated by the cracking temperature, which increases the cracking of the pyrolysis vapor, resulting in an increase in char yield. However, high temperatures may breakdown the structure of the biomass char catalyst, causing more of the pyrolysis vapor to be converted to CH4, reducing the hydrogen yield. The optimum hydrogen yield was obtained at process parameters of a Biochar catalyst-to-Maskratio (C/M ratio) of 2 and a cracking temperature of 900 oC. / Detta examensarbete utvecklar en ny pyrolysprocess kombinerad med en katalytisk reformeringsprocess i följd för att producera högrenade väte- och kolprodukter från plastavfall. Resursen till processen består av avfallsprodukter i form av kasserade munskydd. Resultaten visar att för den optimerade pyrolys- och biokol-katalytiska reformeringsprocessen är vätgasavkastningen 98,2 mg/g plastavfall (upp till 87 % renhet) och kolavkastningen 642,4 mg/g plastavfall, med över 70 % av plastavfallet fullständigt knäckt till enkla kol- och vätemolekyler. Den genomgripande processen har praktiskt taget inga koldioxidutsläpp. Användningen av biokol-katalysatorer av biomassa har studerats för att bidra till ett ökat vätgasutbyte. Detta beror på att biokolkatalysatorns unika porösa struktur ökar uppehållstiden för pyrolysångorna i det katalytiska skiktet, vilket möjliggör tillräcklig krackning av de makromolekylära ångorna och därmed ökar vätgasutbytet. Processen underlättas också av krackningstemperaturen, som ökar krackningen av pyrolysångorna, vilket leder till ökad kolavkastning. Höga temperaturer kan dock bryta ned strukturen hos katalysatorn för biomassakol, vilket gör att en större del av pyrolysångorna omvandlas till CH4, vilket minskar vätgasutbytet. Det optimala vätgasutbytet uppnåddes vid C/M-parameter (katalysator-till-munskydd förhållande) = 2och en krackningstemperatur på 900 0C.