SE531491C2

SE531491C2 - Bränsle framställt från biomassa

Info

Publication number: SE531491C2
Application number: SE0700840A
Authority: SE
Inventors: Rune Ekman
Original assignee: Reac Fuel Ab
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2009-04-28
Also published as: EP2139973A4; EP2139973A1; US20100152509A1; CN101720348A; WO2008121043A1; SE0700840L

Description

20 25 30 531 491 2 mässigt fördelaktig i jämförelse med bensin och diesel, men såväl ijämförelse med E85 (85 vikt% etanol/15 vikt% bensin) och naturgas.

Etanolbränsle är ett alternativ till bensin. Det kan kombineras med ben- sin i vilken koncentration som helst upp till ren etanol (E100). Etanol kan framställas genom fermentering av socker eller genom hydratisering av eten från petroleum och andra källor. För närvarande finns ett intresse för etanol- framställning från grödor, d v s till det som benämns som bioetanol. Det er- hålls enkelt från stärkelsen eller sockret i en bred mångfald grödor.

Gemensamt för alla biobränslen ärfaktumet att de framställs från bio- massa, av vilken stärkelse och cellulosa är de två mest viktiga komponenter- na. Stärkelse är en komplex kolhydrat som är löslig i vatten och den används av växttyper som ett strategiskt sätt för att lagra glukosöverskott. Stärkelse består av molekylära kedjor av glukos som kan vara raka (amylos) eller för- grenade (amylopektin). Stärkelse är med andra ord en polysackarid av oi- glukos. Cellulosa är å andra sidan en långkedjig polysackarid av ß-glukos.

Det är känt hur man omvandlar biomassa till biobränslen genom pyro- lys, vilken är den kemiska nedbrytningen av organiska material genom värm- ning i frånvaro av syre eller några andra reagensmedel, förutom möjligen ånga. Pyrolys är ett speciellt fall av termolys. Snabb pyrolys av biomassaut- gångsmaterial erfordras för att uppnå höga utbyten av vätskor. Den känne- tecknas av snabb uppvärmning av biomassapartiklarna och en kort uppe- hållstid av produktångor (från 0,5 till 2 s). Snabb uppvärmning innebär att bio- massan måste vara mald till ﬁna partiklar och att det isolerande kolskiktet som bildas vid ytan av de reagerande partiklarna måste avlägsnas kontinuer- ligt. Vid lågtemperaturspyrolys uppvärms materialet till en temperatur under 500°C. Högtemperaturspyrolys utförs följaktligen över 500°C.

Det finns olika möjliga produkter som är erhåållbara genom pyrolys av biomassa. Vid pyrolys av cellulosa bildas en gashaltig, en vätskeformig och en fast fraktion. Den gashaltiga fraktionen består av brännbara gaser, såsom vätgas och metan. Pyrolysolja tillsammans med en vattenfraktion, tex inne- hållande metanol och ättiksyra, är möjliga komponenter i den vätskeformiga fraktionen. Den fasta fraktionen ser ut som träkol men det torde inses att den större delen av det oorganiska materialet av råmaterial kommer att vara inne- 10 15 20 25 30 531 451 3 fattad i denna fraktion. Utbytet vid pyrolys beror på många olika faktorer, tex sammansättningen av råmaterialet, temperaturen och trycket.

Andra kända omvandlingstyper av biomassa till bränslen ärt ex kataly- tisk reduktion, i vilken organiskt material blandas med kolmonoxid vid ett tryck av ca 300 atm och en temperatur av 350-400°C. En fördel med detta förfaran- de jämfört med pyrolys är faktumet att det mer eller mindre endast bildas en produkt. Å andra sidan är detta förfarande ofta dyrare än pyrolys. Ännu en annan reaktionstyp är metanfermentering, vilken är en bioke- misk process som är möjligt att använda på biomassamaterial som inte inne- håller stora mängder lignin. Lämpliga startmaterial är t ex jordbruksavfall eller avfall från människor. Metanfermenteringen utförs under anaeroba betingel- ser med inverkan av bakterier.

Det finns olika problem med dessa olika kända biobränsletyper. Ett problem är t ex en låg inre energi-densitet hos vissa av biobränslena. Etanol är ett exempel på ett sådant biobränsle på grund av faktumet att den innehål- ler en hög syrenivå och inte bara kol- och väteatomer. Ett annat problem med många av biobränslena är ett lågt energiutbyte med avseende på startmate- rialet i jämförelse med det framställda biobränslet. T ex har en resulterande biogas endast en omvandlingseffektivitet av ca 60% av kolintaget i en fast biomassa. Dessutom är även höga förluster under framställningen ett vanligt problem, vilket givetvis påverkar ekonomin för framställningen negativt. Vissa andra biobränslen är i sig själva mycket dyra att framställa på grund av jämfö- relsevis dyra startmaterial, dyr processutrustning etc.

Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfarande för framställning av ett biobränsle som löser problemen som beskrivs ovan, d v s som har ekonomiska fördelar med avseende på utbyte och processkost- nader men på samma gång framställer biobränslen som har höga inre energi- nivåer, d v s som endast har ett högt kolväteinnehåll och inte något syre.

Dessutom hålls bland annat värdena för den uppskattade omvandlingseffekti- viteten, energivärdet i slutbiobränslet och den framställda bränsleenergin höga i relation till fältområdet för biobränslen som framställs i enlighet med förfarandet enligt föreliggande uppfinning ijämförelse med biobränslen som 10 15 20 25 30 531 491 4 framställs genom kända förfaranden för framställning av biobränslen (se ta- bell 1 islutsatserna).

Sammanfattning av upgfinningen V Syftet som beskrivs ovan löses genom förfarandet för framställning av ett bränsle innehållande åtminstone ett kolväte från en biomassa i enlighet med föreliggande uppﬁnning, vilket förfarande innefattar stegen: - A) kemisk nedbrytning av biomassan till åtminstone en kemisk inter- mediär förening som är vald från gruppen bestående av en hexos, en pentos och ett derivat av lignin, eller en kombination därav, eventuellt framställd till- sammans med åtminstone en annan målkemikalie, för att bilda en första lös- ning; - B) fullständig reduktion av den första lösningen till åtminstone ett kol- väte för att bilda ett bränsle.

Med kemisk nedbrytning menas klyvning av längre kolvätekedjor till de speciﬁcerade kemlkalierna ovan. Denna nedbrytning skulle även kunna speci- ficeras som en upplösning tillsammans med en monomerisering.

Produkten som är möjlig från reduktionen innefattar givetvis olika kol- vätekomponenter, och dessutom möjligen andra produktkomponenter av vilka vissa företrädesvis avlägsnas från bränslet. Med reduktion menas i detta fall avlägsnandet av syre från den första lösningen. Med fullständig reduktion me- nas en reduktion där det väsentligen inte finns något syre kvar som är bundet i målprodukterna i den första lösningen från steg A).

Såsom är noterbart från ovan så inkluderar inte förfarandet enligt före- liggande uppfinning ett pyrolyssteg. Faktum är att det är mycket förvånande att endast de två stegen med kemisk nedbrytning och fullständig reduktion är möjliga att använda för framställningen av ett bränsle (biobränsle) från en bio- massa.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Nedan kommer föreliggande uppfinning att beskrivas i mer detalj med referens till vissa specifika utföringsformer. Förklaringen tillhandahålls för att öka förståelsen av dessa specifika utföringsformer, och dessa utföringsformer och förklaringen därav ska inte tolkas som en begränsning av föreliggande 10 15 20 25 30 531 493 5 uppﬁnning. Omfånget av föreliggande uppfinning definieras av de bifogade kraven.

Det finns olika möjliga huvudsakliga intermediära föreningar som bildas vid steg A), vilket givetvis beror på källan av biomassa, men såväl andra be- tingelser av den kemiska nedbrytningen. Såsom nämnts ovan är de möjliga kemiska intermediära föreningarna hexoser, pentoser och derivat av Iignin, eller kombinationer därav, eventuellt tillsammans med andra kemikalier eller produktkomponenter.

En hexos är en monosackarid med sex kolatomer som har den kemis- ka fonneln C6H12O6. Hexoser klassificeras av funktionella grupper, där aldo- hexoser har en aldehyd vid position 1, och ketohexoser har en keton vid posi- tion 2. Aldohexoserna har fyra chirala centra med en total av sexton möjliga aldohexosstereoisomerer. D- eller L-konfigurationen av aldohexoser är base- rad på orienteringen av hydroxylgruppen vid position 5. De åtta D-aldohexo- serna är D-allos, D-altros, D-glukos, D-mannos, D-gulos, D-idos, D-galaktos och D-talos. Av dessa sägs alla D-lsomerer, förutom altros, att förekomma naturligt. inte några L-lsomerer finns emellertid naturligt. l enlighet med före- liggande uppfinning är alla ovannämnda möjliga intermediära produktkompo- nenter från steg A), men glukos är emellertid den mest troliga. Ketohexoserna har tre chirala centra och därför åtta möjliga stereoisomerer. Av dessa är en- dast de fyra D-isomererna kända för att förekomma naturligt, vilka är D-psi- kos, D-fruktos, D-sorbos och D-tagatos. Ketohexoserna är även möjliga inter- mediära produktkomponenter från steg A) i enlighet med föreliggande uppﬁn- ning, givetvis beroende på källan av biomassa som används.

En pentos är å andra sidan en monosackarid med fem kolatomer. An- tingen har de en aldehyd som den funktionella gruppen i position 1 (aldopen- toser) eller en keton i position 2 (ketopentoser). Aldopentoserna har tre chira- la centra och därför åtta olika stereoisomerer. De fyra D-aldopentoserna är D- ribos, D-arabinos, D-xyios och D-lyxos. Ketopentoserna å andra sidan har två chirala centra och därför fyra möjliga stereoisomerer, vilka är ribulos (L- och D-form) och xylulos (L- och D-form). Pentoserna är även möjliga intermediära produktkomponenter från steg A). 10 15 20 531 491 6 Lignin är en förening som mest vanligt härleds från trä och är en inte- grerad del av cellväggarna hos växter. Lignin är en 3-D-polymer och en kon- denserad produkt som är härledd från fenolsyror såsom ferulasyra, bensoe- syra, kumarsyra och kanelsyra. Kolvikten är upp till 50% högre än i kolhydra- ter. Det är en av de mest rikliga organiska föreningarna på jorden efter cellu- losa och kitin. Lignin uppgör ca från en fjärdedel till en tredjedel av den torra massan av trä. Det har flera ovanliga egenskaper för att vara en biopolymer, såsom att ha en nätverksstruktur och att sakna en definierad primär struktur.

Såsom nämnts ovan är möjliga intermediära produktkomponenter från steg A) enligt föreliggande uppﬁnning derivat av lignin, vilket i detta fall bör tolkas som byggstenar som utgör den fullständiga ligninmolekylen, d v s nedbrytningsde- rivat av llgnin. Nedan åskådliggörs strukturen av en liten del av en ligninpoly- mer: intermediära nedbrytningsproduktkomponenter av lignin vid steg A) enligt föreliggande uppfinning är normalt sett alkoholderivat från klyvningen av en ligninmolekyl. Nedan tillhandahålls strukturerna av de tre vanligen före- kommande monolignolerna: y OH G-l OH a/ 9 / / 1 ß 2 5 4 3 OCH: CH: ÛÛH: Oﬁ OH p-Kumarytalkohol koniferylalkohol sinapylalkohol Det finns med andra ord tre huvudsakliga typer av monolignoler, näm- ligen parakumarylalkohol, koniferylalkohol och sinapylalkohol. I enlighet med 10 15 20 25 30 531 451 7 en specifik utföringsform av föreliggande uppﬁnning är följaktligen nämnda åtminstone en kemisk intermediär förening av steg A) åtminstone en av p- kumarylalkohol, koniferylalkohol, sinapylalkohol, eller en kombination därav.

Det finns emellertid ett antal andra monolignoler som förekommer i speciella växter eller i låga koncentrationer l vanliga växter. Olika växter använder sig av olika monolignoler. Dessa är även möjliga intermediära produktkomponen- ter från steg A) i enlighet med föreliggande uppfinning.

Såsom nämns ovan är glukos en viktig komponent av stärkelse. Maltos är en disackarid som bildas från två enheter av glukos. Tillsättningen av and- ra glukosenheter ger maltotrios, och en kedja med fyra glukos är maltotetros, etc. Ytterligare tillsättningar kommer att framställa dextriner, även kallade maltodextriner, och slutligen kommer stärkelse att vara resultatet.

Cellobios är å andra sidan en disackaridunderenhet av cellulosa som är sammansatt av två glukosmolekyler som är länkade i en ß(1-+4)-bindning.

Cellobios är t ex en oumbärlig del i tyg, särskilt bomull, jute och andra cellulo- samaterial. Cellobios är även en väsentlig del av alla växtstrukturer. Dess starka -OH-bindningsinteraktioner med närliggande cellobiosmolekyler bidrar i stort till växtens strukturella elasticitet. l enlighet med en specifik utföringsform är därför nämnda åtminstone av kemisk intermediär förening av steg A) åtminstone en av glukos, maltos, cellobios eller en kombination därav. Dessa är troliga som intermediära ned- brytningsprodukter från steg A) enligt föreliggande uppfinning.

Såsom diskuteras i viss utsträckning ovan så har olika typer av bio- massa olika sammansättningar och innehåller möjligen olika komponenter.

Det finns emellertid vissa viktiga som förekommer frekvent, såsom tex cellu- losa och/eller stärkelse. I enlighet med en specifik utföringsform av föreliggan- de uppﬁnning så innefattar biomassan som används vid förfarandet för fram- ställning av ett bränsle stärkelse, cellulosa, hemicellulosa, lignin, lignocellulo- sa eller en kombination därav.

Cellulosa och stärkelse har diskuterats ovan, men nedan kommer vis- sa av de andra viktiga möjliga komponenterna av en biomassa att beskrivas.

Hemicellulosa innehåller många olika sockermonomerer. l motsats innehåller cellulosa endast vattenfri glukos. T ex kan sockermonomerer i hemicellulosa 10 15 20 25 30 531 491 8 tex inkludera, förutom glukos, xylos, mannos, galaktos, ramnos och arabinos.

Hemicellulosor innehåller de flesta av D-pentossockerarterna och emellanåt små mängder av L-sockerarter såväl. Xylos är alltid sockermonomeren som förekommer i den största mängden, men mannuronsyra och galakturonsyra tenderar även att förekomma. Dessa är även möjliga intermediära nedbryt- ningsprodukter från steg A).

Dessutom är lignocellulosabiomassa biomassa som är sammansatt primärt av cellulosa och lignin. Exempel på lignocellulosabiomassa är alla typer av träd, gräs och jordbruksrester.

En intressant aspekt med hänsyn till råmaterialet som används för steg A) enligt förfarandet för framställning enligt föreliggande uppfinning är faktu- met att även om det huvudsakliga startmaterialet kommer att vara en biomas- sa så kan det vara möjligt att använda vissa andra rester dessutom, såsom plastmaterial. Så länge som resterna också är kolväteinnehållande material så är de möjliga att omvandla till kolvätekemikalier som har intressanta bräns- leegenskaper. Detta är av intresse i fallet därt ex en bonde lagrar eller håller biomassamaterialet i tex plastbehållare eller -säckar på grund av att dessa tillsammans med deras biomassainnehåll kan användas som startmaterialet för det kemiska nedbrytningssteget A) enligt förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

Det finns givetvis olika produkter som är möjliga att erhålla med förfa- randet eller metoden för framställning enligt föreliggande uppfinning. l detta hänseende är sammansättningen av biomassa såväl som betingelserna som används av vikt. Enligt en specifik utföringsform av föreliggande uppfinning är nämnda åtminstone ett kolväte som framställs vid steg B) åtminstone ett av en alkan eller alken, eller en kombination därav.

En parameter som är viktig att ta i beaktande är torrmaterialinnehålls- nivån av biomassan som används vid förfarandet enligt föreliggande uppﬁn- ning. l enlighet med en specifik utföringsform av föreliggande uppfinning har biomassan en torrmaterialinnehållsnivå av åtminstone 85 vikt%, företrädesvis åtminstone 95 vikt%. Med avseende på denna aspekt så ﬁnns det givetvis oli- ka nivåer på den naturliga torrmaterialinnehållsnivån i olika typer av biomassa ijämförelse med varandra. Som ett exempel har typiska barkflisor ett torrma- 10 15 20 25 30 531 49'l 9 terialinnehåll så lågt som t ex 45 vikt%. Det torde inses att det givetvis är möj- ligt att torka vissa av typerna av biomassa som har en lägre nivå av torrmate- rialinnehåll, om nödvändigt, före steget för den kemiska nedbrytningen. Det ﬁnns emellertid biomassatyper som är lämpliga utan användningen av ett för- torkningssteg. Hampa t ex är en energiintensiv gröda, vilken efter full årlig tillväxt genom en skördeväntande strategi, d v s utan industriell torkning, har en torrmaterialinnehållsnivå på fältet av ca 90 vikt%, och ibland to m över 95 vikt%. Detta innebär att hampa är en gröda som skördas i torr form och är en högavkastande gröda. l enlighet med en speciﬁk utföringsform av föreliggan- de uppfinning är därför biomassan en hampa (eller en industriell hampa) eller en biomassablandning innefattande hampa.

En annan viktig nivå med avseende på torrnivån av olika biomassor är en torrmaterialinnehållsnivå av åtminstone 87% på grund av faktumet att denna är känd för att vara den lägre gränsen vid vilken svamp inte kan växa eller "attackera" trämaterial eller biomassamaterial. Detta är givetvis av in- tresse för lagringen av biomassor.

En annan faktor av intresse är tillväxten av olika växttyper. T ex en växt som vanligen gror, blommar och dör på ett år är det som ofta benämns som en ettårig växt. Sanna ettåriga växter kommer endast att leva längre än ett år om de förhindras från att sätta frö. Vissa frölösa växter kan även anses vara ettåriga växter även om de inte blommar. En frö-till-frö-livscykel för en ettårig växt kan äga rum under så lite som en månad i vissa arter, men de flesta va- rar åtskilliga månader. T ex oljefröraps kan gå från frö-till-frö på ca fem veckor under en rad av lysröri ett skolklassrum. Många ettåriga växter i öknen be- nämns som kortlivade eftersom deras frö-till-frö-livscykel endast är ett fåtal veckor. De spenderar det mesta av året som frön för att överleva torra be- tingelser. Exempel på sanna ettåriga växter inkluderar majs, sallad, ärta, blomkål och böna. De ettåriga växterna är givetvis av intresse eftersom de skulle kunna anses vara "självtorkande" växter. Enligt en specifik utförings- form av föreliggande uppfinning så innefattar därför biomassan åtminstone en typ av ettårig växt. Hampa är såsom nämns ovan en ettårig växt som är möj- lig att använda enligt föreliggande uppfinning. Ett annat exempel som är möj- ligt att använda är sädeshalm. 10 15 20 25 30 531 491 10 Steget A) för kemisk nedbrytning kan utföras på olika sätt och med oli- ka kemikalier som tar del. Enligt en speciﬁk utföringsform av föreliggande uppfinning utförs steg A) genom kemisk nedbrytning av biomassan i ett lös- ningsmedel som är valt fràn gruppen bestående av superkritiskt vatten (SCW), en supersyra, hydrazin, ammoniak och en amin, eller en kombination därav. Aminerna kan både ha vanliga kedjor eller vara cykliska. Ett exempel på en cyklisk är anilin.

En supersyra är en syra med en aciditet som är större än den av 100% svavelsyra. En superkritisk ﬂuid är en substans vid en temperatur och tryck ovanför dess termodynamiska kritiska punkt. Den har den unika förmågan att diffundera genom fasta ämnen som en gas och upplösa material som en vätska. Dessutom kan den enkelt ändra sig i densitet vid mindre förändringar i temperatur eller tryck. l enlighet med en speciﬁk utföringsform av föreliggande uppfinning ut- förs steg A) genom kemisk nedbrytning av biomassan i ett lösningsmedel som är valt från gruppen bestående av torr och trycksatt ammoniak, superkri- tisk ammoniak, en torr och trycksatt amin och ett torrt och trycksatt hydrazin.

Just såsom för det höga torrmaterialinnehållet i biomassan kan det vara av vikt enligt en specifik utföringsform av föreliggande uppfinning att använda ett torrt och trycksatt kväveinnehållande lösningsmedel. l detta avseende är det viktigt att förstå att det inte endast är superkritiskt vatten som är av intresse, utan t ex superkritisk ammoniak är även av intresse att använda.

Det är möjligt att utföra reduktionssteget B) enligt föreliggande uppfin- ning genom användning av olika kemikalier, i detta fall reduktionsmedel, nor- malt starka sådana reduktionsmedel. Enligt en specifik utföringsform av före- liggande uppfinning utförs reduktionssteget B) genom reaktion av den första lösningen med ett reduktionsmedel som är valt från gruppen bestående av vätesulfid, vitt fosfor, hydrazin och ett hydridinnehållande silan, d v s ett silan som har åtminstone en Hïgrupp (hydridjon) som är bunden därtill. En hydrid- jon är en negativt laddad vätejon, d v s en jon som har två elektroner i dess elektronskal.

De hydridinnehållande silanföreningarna enligt uppfinningen har den generella formeln: 10 15 20 25 30 531 491 11 R1 Rg-Si-Rg | R4 i vilken åtminstone en av R1 till R., är en Hïgrupp. Normalt sett så är åtmin- stone två av R1 till R4 Hïgrupper. Exempel på silaner enligt uppfinningen är dietylsilan: C2H5 H - Si- H C2H5 eller n-butyl-silan: men det ﬁnns givetvis andra möjliga såväl. l detta avseende är den höga torrmaterialinnehållsnivån även av in- tresse på grund av faktumet att silaner inte är selektiva reduktionsmedel och normalt reagerar med allt tillgängligt syre, både fritt och bundet. Därför är det normalt av intresse att hålla vatteninnehållet och således tillgängligt syreinne- håll i vattenmolekylerna så lågt som möjligt vid användning av silaner som reduktionsmedel. 10 15 20 25 30 53% 491 12 Enligt en annan speciﬁk utföringsform av föreliggande uppﬁnning utförs steg A) genom kemisk nedbrytning av biomassan i torr och trycksatt ammoni- ak eller superkritisk ammoniak och steg B) utförs genom reaktion av den för- sta lösningen med ett reduktionsmedel som är Na, K, Ca i upplöst och/eller smält form eller NaH, KH och CaHg, d v s de motsvarande metallhydriderna.

Alkalimetalielektronerna är i detta fall upplösta i t ex ammoniak.

Fastän att glukos är den viktiga huvudsakliga målkemikalien som fram- ställs vid steg A) enligt förfarandet enligt föreliggande uppﬁnning så kan även andra målkemikalier framställas. Enligt en specifik utföringsform av förelig- gande uppfinning framställs därför åtminstone en fenol eller annan alkohol, som har från 6 till 20 kolatomer, vid steg A) som den eventuella målkemikali- en.

Processparametrar, såsom tryck och temperatur, varierar och optime- ras beroende på de olika kemikalierna som tar del vid steg A) och B). Enligt en specifik utföringsform av föreliggande uppﬁnning utförs steg A) och B) un- der 300°C. Enligt en annan speciﬁk utföringsform är medeltemperaturen för utförande av steg A) och B) under 220°C, företrädesvis under 190°C.

Regenerering av viktiga kemikalier, såsom tex lösningsmedel, reduk- tionsmedei och/eller energibärare, såväl som avlägsnandet av icke-önskvärda biprodukter kan vara av vikt vid förfarandet för framställning enligt föreliggan- de uppﬁnning. Regenerering kan utföras i enlighet med kända och klassiska tekniker enligt känd teknik. Enligt en specifik utföringsform avlägsnas dessut- om icke-önskvärda substanser före eller vid stegen A) och/eller B). Enligt en annan specifik utföringsform innefattar de icke-önskvärda substanserna som avlägsnas före eller vid steg A) molekyler innehållande N och/eller S. N- och S-innehållande substanser är inte önskvärda biprodukter eftersom de fram- ställer salpetersyra respektive svavelsyra då de förbränns. Vissa mängder av SOX- och NOX-gaser framställs även möjligen. Andra möjliga kemikalier som avlägsnas är t ex proteiner och metaller.

Produkten från reduktionssteg B), d v s råbränslet före den möjliga destillationen (steg C), kan innehålla olika kemikalier, såsom olika alkaner som har olika kedjelängder. Enligt en specifik utföringsform är emellertid 10 15 20 25 30 531 491 13 nämnda åtminstone ett kolväte som framställs vid steg B) åtminstone ett av en alkan eller alken som har åtta kolatomer.

På grund av faktumet att kolvätekedjor som har åtta kolatomer, såsom en oktan, ofta är av stort intresse inom bränsleindustrin är dessa av betydelse även här. Enligt en specifik utföringsform av föreliggande uppfinning innefat- tar bränslet som framställs vid steg B) åtminstone 90 vikt%, företrädesvis åt- minstone 95 vikt% av åtminstone en alkan som har åtta kolatomer.

Såsom antyds ovan är även ett möjligt steg C) bestående av destilla- tion möjligt vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning. Enligt en specifik utföringsform innefattar därför förfarandet enligt föreliggande uppfinning dessutom ett annat steg som är: - C) fraktionerad destillation av bränslet som framställs vid steg B).

Destillationssteget C) kan vara av en typ som normalt används för des- tillation. Exakt hur destillationen utförs, utrustningen som används därför och specifika betingelser, såsom temperatur och tryck, beror på många faktorer, tex den önskade slutprodukten och kraven därför, men givetvis även råbio- bränsleblandningen som matas till destillationen.

Bränslet eller biobränslet som framställs enligt förfarandet enligt före- liggande uppfinning kan vara av olika typ, och i enlighet med en specifik utfö- ringsform så är bränslet som fraktioneras ut från steg C) valt från gruppen av bioekvivalenter till diesel, ett Otto-bränsle och ettjet-bränsle, eller en kombi- nation därav, vilka är ekvivalenter med avseende på förbränningssynpunkt.

Med ekvivalenter med avseende på förbränningssynpunkt menas här att det fraktionerade biobränslet enligt föreliggande uppfinning fungerar på samma sätt som ett motsvarande icke-biobränsle med avseende på förbränningsef- fekt, termiskt värde eller energivärde, sammansättning av förbränningspro- dukter, etc. En viktig faktor, vid diskussion avseende klassiska bränslen, är oktaninnehållet och oktantalet. Enligt en specifik utföringsform av föreliggan- de uppfinning innefattar bränslet som fraktioneras ut från steg C) åtminstone 95 vikt% 2,2,4-trimetylpentan (ett oktantal av åtminstone 95). Såsom antyds har molekylen 2,2,4-trimetylpentan ett oktantal av 100. 10 15 20 531 491 14 Med föreliggande uppfinning tillhandahålls även koiväteinnehållande bränslen som är erhållbara genom förfarandet för framställning enligt förelig- gande uppfinning.

Slutsatser l tabell 1 nedan jämförs ett biobränsle som framställs enligt föreliggan- de uppfinning med andra biobränslen, nämligen biogas, etanol och raps- metylester. Såsom kan ses i tabell 1, vid jämförelse av de viktiga parametrar- na överförd procentandel energi från fältet, uppskattad omvandlingseffektivi- tet, energivärde i slutbränsle, framställd bränsleenergi, procentandel energi- utbyte och procentandel fältarea som behövs så är det tydligt att biobränslet som framställs enligt förfarandet enligt föreliggande uppﬁnning har mycket bättre värden än dessa andra bio-alternativ, Tabell 1. Jämförelse av ett framställt biobränsle enligt föreliggande uppfinning med andra biobränslen.

Bränsletyp Överförd pro- Uppskattad Energivärde Framställd Procent- Procent- centandel omvandlings- i slut- bränsle- andel energi- andel fältarea energi från effektivitet bränsle energi utbyte av som behövs fältet (MWh/(ha'år)) (torrmateriall (hfårj) Ffamâtällt 96% torrt material 93 - 99% 11,9 kWh/kg 56 - 60 93 - 99% 1 bränsje = 58 MWh! vätskelormigt enugt för* (ha'àr), skördat vid bränsle eller "ggande det lägsta vatten- 9,9 kWh/I . innehållet och "Ppﬁnnmg askinnehállet.

BiOQGS 96% torrt material 60% Gashaltigt 36 -60% 1,5 - 1.7 = 58 MWh/ bränsle En gas har (ha*àr), skördar 111000 i energi- som torrmaterial- densitet ijämtor- substans och vid else med en högt vatteninneháll vätska, Måste och askinnehàll. trycksattas.

Etanol (den- 48% torrt material 336 letanol/ton 8,2 kWh/kg 14,2 24% 3.9 - 4,1 sigeg = gf/g = 29 MWh/ (firar) vete eller 6,5 kWh/l I skördat som frö vid glcm ) lagt torrmaterial- innehåll och vid högt askinnehàll.

Rapsmetyl- 48% torrt material ~60% av det ~15 kWh/kg 11,3 19% vid kross- 4.9 - 5.2 9519; = 29 MWh/(hràr), glukosekvivalen- vätskeformigt ning På en krossat från ta E-innehállet i bränsle eller bftﬂdgåfd' fettrika frön. frön är i raps- 12 kWh/l. Viss oljan. Vid tant- variation bero- 28% vid 3,3 - 3,5 brukskrossning ende pà kemisk extrak- återvinns 2/3 av medellängden tion på en detta, vid fabriks- av fettsyrorna i pfoßeâsfâbfik- extraktion 99%. frön (C6-C20). 1. Överförd procentandel energi från fältet av den totala biomassan ovan jord, om antagande görs att alla grödor ger 12 ton torrmaterialsubstans omräknat till glukosekvivalenter. 2. Mängden av ytterligare fältarea som behövs ijämförelse med användning av biobränslet och dess logistik enligt föreliggande uppﬁnning, för att täcka behovet av den svenska transportsektorn, uttryckt relativt till bränslet och dess logistik enligt föreliggande uppﬁnning. Index 1 motsvarar ca 2 Mha av den svenska totalen på 45 Mha.

Claims

10 15 20 25 30 531 49'l 15 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av ett bränsle innehållande åtminstone ett kol- väte från en biomassa, innefattande stegen: - A) kemisk nedbrytning av biomassan i ett lösningsmedel som är valt från gruppen bestående av superkritiskt vatten (SCW), en supersyra, hydrazin, ammoniak och en amin, eller en kombination därav, till åtminstone en kemisk intermediär förening som är vald från gruppen bestående av en hexos, en pentos och ett derivat av lignin, eller en kombination därav, even- tuellt framställd tillsammans med åtminstone en annan målkemikalie, för att bilda en första lösning; - B) fullständig reduktion av den första lösningen med ett reduktions- medel som är valt från gruppen bestående av vätesulfid, vitt fosfor, hydrazin och ett hydridinnehållande silan, till åtminstone ett kolväte för att bilda ett bränsle.

2. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt krav 1, varvid steg A) ut- förs genom kemisk nedbrytning av biomassan i ett lösningsmedel som är valt från gruppen bestående av torr och trycksatt ammoniak, superkritisk ammo- niak, en torr och trycksatt amin och ett torrt och trycksatt hydrazin.

3. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt krav 1 eller 2, varvid det hydridinnehållande silanet är dietylsilan eller n-butyl-silan.

4. Förfarande för framställning av ett bränsle innehållande åtminstone ett kol- väte från en biomassa, innefattande stegen: - A) kemisk nedbrytning av biomassan i torr och trycksatt ammoniak eller superkritisk ammoniak, till åtminstone en kemisk intermediär förening som är vald från gruppen bestående av en hexos, en pentos och ett derivat av lignin, eller en kombination därav, eventuellt framställd tillsammans med åtminstone en annan målkemikalie, för att bilda en första lösning; - B) fullständig reduktion av den första lösningen med ett reduktions- 10 15 20 25 30 531 491 16 medel som är Na, K, Ca, i upplöst och/eller smält form, eller NaH, KH eller CaHg, till åtminstone ett kolväte för att bilda ett bränsle.

5. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av kraven 1-4, varvid stegen A) och B) utförs under 300°C.

6. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av kraven 1-5, varvid nämnda åtminstone en kemisk intermediär förening vid steg A) är åtminstone en av glukos, maltos, cellobios eller en kombination därav.

7. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av kraven 1-6, varvid nämnda åtminstone en kemisk intermediär förening vid steg A) är åtminstone en av p-kumarylalkohol, koniferylalkohol, sinapylalkohol eller en kombination därav.

8. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av föregående krav, varvid biomassan innefattar stärkelse, cellulosa, hemicellulosa, lignin, ligno- cellulosa eller en kombination därav.

9. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av föregående krav, varvid nämnda åtminstone ett kolväte som framställs vid steg B) är åtmin- stone ett av en alkan eller alken eller en kombination därav.

10. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av föregående krav, varvid biomassan har ett torrmaterialinnehåll av åtminstone 85 vikt%.

11. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av föregående krav, varvid biomassan har ett torrmaterialinnehåll av åtminstone 95 vikt%.

12. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av föregående krav, varvid biomassan innefattar åtminstone en typ av ettårig växt. 10 15 20 25 30 531 4B'l 17

13. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av föregående krav, varvid biomassan är en hampa eller en biomassablandning innefattande hampa.

14. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av föregående krav, varvid åtminstone en fenol eller annan alkohol, som har från 6 till 20 kolatomer, framställs vid steg A) som den eventuella målkemikalien.

15. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av föregående krav, varvid medeltemperaturen för utförande av steg A) och B) är under 220°C.

16. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt krav 15, varvid medel- temperaturen för utförande av steg A) och B) är under 190°C.

17. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av föregående krav, varvid icke-önskvärda substanser avlägsnas före eller vid stegen A) och/eller B).

18. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt krav 17, varvid de icke- önskvärda substanserna som avlägsnas före eller vid steg A) innefattar mole- kyler innehållande N och/eller S.

19. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av föregående krav, varvid nämnda åtminstone ett kolväte som framställs vid steg B) är åt- minstone ett av en alkan eller alken som har 8 kolatomer.

20. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av föregående krav, varvid bränslet som framställs vid steg B) innefattar åtminstone 90 vikt% av åtminstone en alkan som har 8 kolatomer. 10 15 531 491 1 8

21. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt krav 20, varvid bränslet som framställs vid steg B) innefattar åtminstone 95 vikt% av åtminstone en alkan som har 8 kolatomer.

22. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt något av föregående krav, varvid förfarandet dessutom innefattar ett annat steg som är: - C) fraktionerad destillation av bränslet som framställs vid steg B).

23. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt krav 22, varvid bränslet som fraktioneras ut från steg C) är valt från gruppen bestående av bioekviva- lenter till diesel, ett Otto-bränsle och ett jet-bränsle, eller en kombination där- av, vilka är ekvivalenter med avseende på förbränningssynpunkt.

24. Förfarande för framställning av ett bränsle enligt krav 23, varvid bränslet som fraktioneras ut från steg C) innefattar åtminstone 95 vikt% 2,2,4-trimetyl- pentan.