Renewable chemicals from lignin : a conceptual evaluation of thermochemical processes for production of valuable chemicals from lignin

Abstract

Lignin constitutes about a third of the mass of all woody biomass, and represents a great potential within renewable energy and renewable materials. This thesis consists of an introduction into the nature of lignin, and some of the thermochemical technologies that can be used to convert lignin into valuable chemicals. Those are pyrolysis, hydrothermal liquefaction and solvolysis. After a review of the experimental literature, some of the chemicals produced by lignin conversion is presented. These are syringol, guaiacol, catechol, vanillin, phenol and BTX (benzene, toluene and xylenes). A selection of 13 experimental reports producing at least one of these products are and evaluated to compare the technically and economically viability of a larger scale production. The evaluation was done by giving each process scores according to six different criteria. The criteria were reaction temperature, reaction pressure, reaction time, solvent cost, product yield and product cost. All values were calculated per gram of lignin processed. The criteria were then weighted based on importance, and the scores for each process were summarized to find the most promising process. The evaluation shows that production of BTX by the process described by Thring et al. [1], and production of syringol by the process described by Klamrassamee et al. [2] are the two best candidates for an economically and technically viable process, even though high reaction temperature may be an issue.

Lignin utgjør omtrent en tredjedel av massen til alt trevirke, og representerer et stort potensial innen fornybar energi og fornybare materialer. Denne masteroppgaven består av en introduksjon til ligninets natur, og noen av de termokjemiske teknologiene som kan brukes til å konvertere lignin til verdifulle kjemikalier. Disse er pyrolyse, hydtrotermisk «liquefaction» og solvolyse. Etter en gjennomgang av den eksperimentelle litteraturen, blir noen av produktene som kan produseres av lignin presentert. Disse er syringol, guaiacol, pyrokatekol, vanillin, fenol og BTX (benzen, toluen og xylener). Et utvalg på 13 eksperimentelle rapporter som produserer minst ett av disse produktene blir så gjengitt, og den økonomiske og tekniske gjennomførbarheten blir vurdert. Vurderingen ble gjort vet at hver prosess fikk poeng for seks ulike kriterier. Kriteriene var reaksjonstempereatur, reaksjonstrykk, reaksjonstid, kostnader ved løsemiddel, utbyttet av produktet og produktets verdi. Alle verdier ble beregnet per gram lignin prosessert. Kriteriene ble vektet etter viktighet og poengene til hver prosess ble summert for å finne den mest lovende prosessen. Vurderingen viser at produksjon av BTX med prosessen beskrevet av Thring et al. [1], og produksjon av syringol med prosessen beskrevet av Klamrassamee al. [2] er de to beste kandidatene for en økonomisk og teknisk gjennomførbar prosess, selv om høye reaksjonstemperaturer kan være en utfordring.