Kinetic and energy production analysis of pyrolysis of lignocellulosic biomass using a three-parallel Gaussian reaction model

Chen, Tianju; Zhang, Jinzhi; Wu, Jinhu

doi:10.1016/j.biortech.2016.03.091

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“…Usando la técnica TG/MS, la literatura reporta la cinética de pirólisis y la formación de productos de residuos de semillas de uva, semillas de cereza y cáscara de almendras [12], tallos de tabaco [13], aserrín de pino [14] y cáscara de maní [15], entre otros [16]. Varios estudios de la pirólisis de residuos industriales de yuca se han publicado, incluyendo el uso de reactores tubulares de lecho fijo [9], [17], reactores de lecho fluidizado [18], [19], reactores de caída libre [20] y balanza termogravimétrica [7], [21]; sin embargo, se cuenta con muy poca información que analice los gases producidos en la pirolisis de los residuos industriales de yuca.…”

Section: Revisión Literariaunclassified

“…Si bien este comportamiento no es de esperarse, sí simplifica el comportamiento de la descomposición del residuo en los reactores de pirólisis, permitiendo un control más sencillo de la reacción al presentarse un solo rango de descomposición. Los valores obtenidos de la energía de activación y el factor de frecuencia con este modelo se encuentran en el rango reportado en la literatura para otras biomasas que también usaron el modelo DAEM, aunque en la mayoría de los casos dichos trabajos usan más de un pseudocomponente [14], [29], [32]. Pero aun es más importante resaltar que los valores de la energía de activación obtenidos en este trabajo se encuentran dentro del rango reportado para biomasas de residuos de raíces de yuca obtenidos utilizando otros modelos [7], [21], ratificando la aplicación de modelos DAEM a procesos de pirólisis y su potencial aplicación para el modelado de reactores de pirólisis.…”

Section: A Caracterización De Los Residuos De Yucaunclassified

“…La producción de CO 2 se presenta también por las reacciones de descarboxilación de la lignina a altas temperaturas y por las reacciones secundarias que ocurren en la fase gaseosa por el rompimiento de enlaces alifáticos débiles [33]. Es bien conocido que el gas de síntesis, además de contener CO 2 , también contiene metano (m/z = 14), CO (m/z = 28) e hidró-geno [14], sin embargo, este último no se observó durante la pirólisis de RIY, probablemente debido a las bajas temperaturas en las que se lleva a cabo la pirólisis de esta biomasa. En la primera etapa de la pirolisis a bajas temperaturas, estos gases son esencialmente resultado del proceso de descomposición térmica de la hemicelulosa; a mayores temperaturas los picos de producción corresponden principalmente a la descomposición térmica de la celulosa, mientras que la lignina aporta a la producción de todos estos a.…”

Section: Espectrometría De Masasunclassified

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Evolved gas analysis of cassava (Manihot esculenta) industrial waste

et al. 2018

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ResumenIntroducción− La pirólisis de residuos agroindustriales es una alternativa para generar combustibles líquidos de segunda generación. Objetivo− Determinar la cinética de la pirólisis de residuos industriales de yuca y de formación de productos. Metodología− Se estudió la pirólisis de residuos provenientes de la industria del almidón de yuca utilizando termogravimetría acoplada a espectrometría de masas. Los datos termogravimétricos fueron ajustados al modelo cinético de distribución de energías de activación, siendo necesario el uso de solo un pseudocomponente. Resultados− La pirólisis de las muestras calentadas a velocidades inferiores a 30 K/min mostró valores de los paráme-tros cinéticos diferentes a los de la pirólisis de las muestras calentadas a velocidades superiores a 50 K/min, lo cual sugiere un cambio de mecanismo con la velocidad de calentamiento. Los valores obtenidos de los parámetros cinéticos de la pirólisis de los residuos estudiados se encuentran en el rango reportado por la literatura para otros tipos de biomasa. Se identificaron 23 relaciones m/z en los gases desprendidos de la muestra con suficiente relación señal/ruido. Las señales de espectrometría de masas seleccionadas fueron ajustadas con el modelo DAEM utilizando los parámetros cinéticos obtenidos con los datos termogravimétricos. Conclusiones− Se lograron buenos resultados de ajuste con el modelo DAEM de un solo pseudocomponente para la mayoría de las relaciones m/z. La falta de ajuste para algunas relaciones m/z se puede atribuir a reacciones secundarias en fase gaseosa. Palabras clave− Análisis termogravimétrico; cinética; espectrometría de masas; pirólisis; biomasa Abstract Introduction− The pyrolysis of agro-industrial waste is an alternative to produce second generation liquid fuels. Objective−Determine the kinetics in the pyrolysis process of cassava industrial waste as well as of evolved product formation. Methodology− Pyrolysis of waste from cassava starch processing was studied via thermogravimetric analysis coupled to mass spectrometry. Thermogravimetric data were adjusted to the distributed activation energy model with one pseudocomponent. Results− Pyrolysis of samples heated at ramps below 30 K/min showed kinetics parameters with different values from the ones obtained for the samples heated at ramps above 50 K/min. This suggests a change in the pyrolysis reaction mechanism linked to heating rate. The kinetics parameters obtained in this work are in agreement with values reported for other biomass in literature. From the evolved gases, 23 m/z signals were identified with enough signal/noise ratio. Mass spectrometry signals were also adjusted with the distributed activation energy model using the kinetics parameters obtained from thermogravimetric data. Conclusions− Satisfactory results were achieved with the DAEM model with one pseudocomponent for most of m/z ratio. The lack of adjustment in some m/z ratio can be attributed to secondary reactions in the gas phase. Keywords− Thermogravimetric analysis; kinetics; mass s...

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Section: Revisión Literariaunclassified

Section: A Caracterización De Los Residuos De Yucaunclassified

Section: Espectrometría De Masasunclassified

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Evolved gas analysis of cassava (Manihot esculenta) industrial waste

et al. 2018

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“…Other advantages are the operation pressure near atmospheric conditions, no need for hydrogen supply, and the possibility of increase bio-oil yield and quality [19]. The behavior of several kinds of biomass by thermogravimetric analysis has been described extensively in previous studies, nevertheless, the distribution of the specific products as a function of time or process temperature in the literature is scarce [4,9,12,13,18]. In order to obtain the identification and quantification of the products of the devolatizationthermal decomposition processes, thermogravimetric analysis (TGA) coupled with mass spectrometry (MS) can be used [7,12].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Mass spectrometry characterization of evolved gases from catalytic pyrolysis of cassava starch residues

A.¹,

Ortiz²,

Ariza³

et al. 2018

ces

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By using the mass spectrometry technique, the catalytic effect of ferric sulfate on the evolved gases of the pyrolysis of residues from the cassava starch industry was studied. There were identified 31 m/e ratios in the evolved gases with enough signal to noise ratio. The presence (or absence) of m/e signals in the pyrolysis evolved gases with (or without) catalyst suggest a change in the product distribution 3600 Alberto R. Albis A. et al. caused by the catalytic activity of the ferric sulfate. These signals were fitted with the DAEM using the kinetic parameters calculated from previous thermogravimetry data. As result, 90% of the m/e ratios presented a good fit. The poor description of the model for the rest of the signals could be attributed to secondary reactions in the gas phase.

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“…Values of the parameters of the DAEM model are in the range of previous studies for several biomass, using 3 pseudocomponents related to lignin, cellulose and hemicellulose (Cai & Ji, 2007;Cai, Wu, & Liu, 2014;T. Chen, Zhang, & Wu, 2016).…”

Section: Kinetic Analysismentioning

confidence: 99%

Devolatilization of African Palm (Elaeis guineensis) Husk studied by TG-MS

Albis¹,

Ortiz²,

Piñeres³

et al. 2018

Ing. Inv.

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Using simultaneous thermogravimetrical analysis coupled with mass spectroscopy, the pyrolysis of African palm husk, using several heat rates and programs was performed. Seven relations of mass/charge were followed of the evolved gas of the pyrolysis process, fitting the kinetics and the mass spectroscopy signals to the distributed activation energy model (DAEM) with different numbers of pseudo-components. Fitting with four pseudo-components proved to be the best for modeling the thermal degradation process. Kinetic parameters were not affected by the heating rate or program employed, which agrees with other reports for similar biomass. Methane, methanol formaldehyde, furfural were successfully fitted to the DAEM model, nevertheless CO 2 and NO 2 were not able to be represented by this model due to its production in secondary reactions in gaseous phase.Keywords: TG-MS, pyrolysis, African Palm, husk. RESUMENSe estudió la pirólisis del cuesco de palma africana utilizando diferentes programas de calentamiento, recurriendo al uso de la técnica simultánea de análisis termogravimétrico acoplado a espectrometría de masas. En los gases de evolución, se siguieron las intensidades de señal de espectrometría de masas de siete relaciones m/z. La cinética de pirólisis de este residuo del procesamiento de aceite de palma se ajustó al modelo de distribución de energías de activación con diferentes números de pseudo-componentes. Los resultados del ajuste mostraron que son necesarios al menos cuatro pseudo-componentes para modelar satisfactoriamente los perfiles termogravimétricos de la pirólisis del cuesco de palma. Se encontró que la velocidad de calentamiento no afecta significativamente los parámetros del modelo cinético, los cuales se encuentran en concordancia con los reportados en la literatura para biomasas similares. Los perfiles de las curvas de intensidad de señal para las relaciones m/z seleccionadas se modelaron utilizando los parámetros cinéticos obtenidos del ajuste de los datos termogravimétricos, lográndose resultados satisfactorios para las relaciones m/z correspondientes a fragmentos de moléculas como metano, metanol, formaldehído y furfural. La falta de ajuste de las intensidades de señal correspondientes a CO 2 y NO 2 se atribuyó a que la formación de estos compuestos es consecuencia no sólo de la descomposición de la biomasa, sino también a su aparición resultado de reacciones secundarias en fase gaseosa.Palabras clave: TG-MS, pirólisis, palma africana, cuesco.

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Kinetic and energy production analysis of pyrolysis of lignocellulosic biomass using a three-parallel Gaussian reaction model

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Evolved gas analysis of cassava (Manihot esculenta) industrial waste

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