تجزیه و تحلیل ترکیب های به دست آمده از پیرولیز انواع چوب و بررسی اثرهای زیست‌محیطی آن‌ها

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

پیرولیز عبارت است از یک روش ساده برای تبدیل زیست‌توده‌های لیگنوسلولزی خام به سوخت های هیدروکربنی است. هدف از این مطالعه بررسی تأثیر نوع چوب بر ترکیب فراورده ­های با توجه به انتشار گازهای گلخانه‌ای است. به این منظور، پنج نمونه چوبی از گونه‌های گوناگون انتخاب شده و در دمای C° 500 پیرولیز شدند. یک واحد آزمایشگاهی بارگیری شده با 6 گرم نمونه چوبی برای این آزمایش مورد استفاده قرار گرفت. نتیجه ­های به دست آمده نشان می‌دهد که میزان تولید و ترکیب فراورده­ها تشکیل یافته در پیرولیز گونه‌های گوناگون چوب متفاوت است. نمونه چوبی کاج بیش­ترین میزان تولید فراورده­ ی گازی را دارد (34 درصد وزنی)، در حالی که میزان تولید فراورده ­های گازی در پیرولیز نمونه چوبی عرعر، کم­ترین میزان را داشته است (18 درصد وزنی). افزون بر این، میزان تولید تار برای نمونه کاج نسبت به سایر نمونه‌ها بیش ­ترین مقدار است (23 درصد وزنی). با این حال، نمونه چوبی صنوبر کم ­ترین میزان تار را دارد (16 درصد وزنی). افزون بر این موردها، پیرولیز نمونه کاج، منجر به تولید کم­ترین میزان چار می‌شود (20 درصد وزنی)، در حالی که استفاده از صنوبر به عنوان خوراک باعث بیش ­ترین میزان تولید چار در فرآیند می‌شود. آنالیز گازهای تولیدی نشان می‌دهد که بالاترین مقدار تولید   مربوط به پیرولیز نمونه کاج است. از این رو، تولید سوخت با استفاده از پیرولیز چوب به ویژه استفاده از نمونه کاج به عنوان خوراک  می‌تواند به طور چشمگیری بر انتشار گازهای گلخانه‌ای و سرانجام گرمایش جهانی تأثیرگذار باشد. تجزیه و تحلیل تار نشان داد که ساختارهای بزرگ حلقه‌ای آروماتیکی تولید شده از الیگومرهای مشتق شده از لیگنین در نمونه چوبی کاج در مقایسه با سایر نمونه‌ها، بیش ­تر است. بررسی‌های بیش­تر نتیجه­ ها نشان می‌دهد که در نمونه کاج بیش ­ترین میزان تبدیل سلولز و همی‌سلولز به ترکیب­ های شکرها است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Bridgwater A.V., Meier D., Radlein D., An Overview of Fast Pyrolysis of Biomass, Org Geochem, 30: 1479-1493 (1999).
[2] Garcia-Perez M., Wang X.S., Shen J., Rhodes M.J., Tian F.J., Lee W.J., Wu H., Li C.-Z., Fast Pyrolysis of Oil Mallee Woody Biomass: Effect of Temperature on the Yield and Quality of Pyrolysis Products, Ind. Eng. Chem. Res, 47: 1846-1854 (2008).
[3] Kung C.C., McCarl B.A., Chen C.C., An Environmental and Economic Evaluation of Pyrolysis for Energy Generation in Taiwan with Endogenous Land Greenhouse Gases Emissions, Int. J. Environ. Res. Public Health, 11: 2973-2991 (2014).
[4] Bringezu S., Schutz H., Arnold K., Merten F., Kabasci S., Borelbach P., Michels C., Reinhardt G.A., Rettenmaier N., Global Implications of Biomass and Biofuel Use in Germany – Recent Trends and Future Scenarios for Domestic and Foreign Agricultural Land Use and Resulting GHG Emissions, J. Clean. Prod., 17:  57–68 (2009).
[5] He M., Mourant D., Gunawan R., Lievens C., Wang X.S., Ling K., Bartle J., Li C-Z., Yield and Properties of Bio-Oil from the Pyrolysis of Mallee Leaves in a Fluidised-Bed Reactor, Fuel, 102: 506–513 (2012).
[6] Drozdzek M., Zawadzki J., Zielenkiewicz T., Klosinska T., The Influence of Method of Cellulose Isolation From Wood on the Degree and Index of Crystallinity, Wood Res, 60: 255-262 (2015).
[7] Wang L., Dibdiakova J., Characterization of Ashes from Different Wood Parts of Norway Spruce Tree, Chem Eng Trans., 37: 37-42 (2014).
[8] Serafimova Ek., Mladenov M., Mihailova I., Pelovski Y., Study on the Characteristics of Waste Wood Ash, J. Univ. Chem. Technol. Metallurgy, 46: 31-34 (2011).
[9] Gholizadeh M., Gunawan R., Hu X., Kadarwati S., Westerhof R., Chaiwat W., Hasan M.M., Li C.-Z., Importance of Hydrogen and Bio-oil Inlet Temperature During the Hydrotreatment of BiO-Oil, Fuel Process. Technol., 150: 132-140 (2016).
[10] Gholizadeh M., Gunawan R., Hu X., Hassan M.M., Kersten S., Westerhof R., Chaitwat W., Li C-Z., Different Reaction Behaviours of the Light and Heavy Components of Bio-oil During the Hydrotreatment in a Continuous Pack-Bed Reactor, Fuel Process. Technol., 146: 76-84 (2016).
[11] Gholizadeh M., Gunawan R., Hu X., Mercader F.M., Westerhof R., Chaitwat W., Hasan M.M., Mourant D., Li C-Z., Effects of Temperature on the Hydrotreatment Behaviour of Pyrolysis Bio-oil and Coke Formation in a Continuous Hydrotreatment Reactor, Fuel Processing Technology, 148: 175-183 (2016).
[12] Tessini C., Romero R., Escobar M., Gordon A., Flores M., Development of an Analytical Method for the Main Organic Compounds Derived from Thermochemical Conversion of Biomass, J. Chil. Chem. Soc., 6: 2837-2842 (2016).
[13] Choia Y., Johnston P., Brown R, Shanksa B., Lee K-H., Detailed Characterization of Red Oak-derived Pyrolysis Oil: Integrated Use of GC, HPLC, IC, GPC and Karl-Fischer, J. Anal. Appl. Pyrolysis, 110: 147-154 (2014).
[14] Mullen C.A., Boateng A.A., Chemical Composition of Bio-oils Produced by Fast Pyrolysis of Two Energy Crops, Energy Fuels, 22: 2104–2109 (2008).
[15] Wang Y.Y., Li X., Mourant D., Gunawan R., Zhang S., Li C.-Z., Formation of Aromatic Structures During the Pyrolysis of Bio-Oil, Energy Fuels, 26: 241-247 (2011).
[16] Garcia-Perez M., Wang X.S., Shen J., Rhodes M.J., Tian F.J., Lee W.J., Wu H., Li C.-Z., Fast Pyrolysis of Oil Mallee Woody Biomass: Effect of Temperature on the Yield and Quality of Pyrolysis Products, Ind. Eng. Chem. Res., 47: 1846-1854 (2008).
[17] Garcia-Perez M., Chaala A., Pakdel H., Kretschmer D., Roy C., Characterization of Bio-Oils in Chemical Families, Biomass Bioenergy, 31: 222-242 (2007).
[18] Garcia-Perez M., Wang S., Shen J., Rhodes M., Lee W.J., Li C.-Z., Effects of Temperature on the Formation of Lignin-derived Oligomers During the Fast Pyrolysis of Mallee Woody Biomass, Energy Fuels, 22: 2022-2032 (2008).
[19] Zhanga W., Henschela T., Soderlinda U., Tranb K-Q., Hanc X., Thermogravimetric and Online Gas Analysis on Various Biomass Fuels, Energy Procedia, 105: 162-167 ( 2017 ).
[20] Couhert C., Commandre J-M., Salvador S., Failure of the Component Additivity Rule to Predict Gas Yields of Biomass in Flash Pyrolysis at 950°C, Biomass Bioenergy, 33: 316-326 .(2009).
[21] Westerhof R.J.M., Brilman D.W.F., Swaaij W.P.M., Kersten S.R.A., Effect of Temperature Influidised Bed Fast Pyrolysis of Biomass: Oil Quality Assessment in Test Units, Ind. Eng. Chem. Res., 49: 1160-1168 (2010).
[22] Song Y., Zhao Y., Hu X., Zhang L., Sun S., Li C.-Z., Destruction of Tar During Volatile-Char Interactions at Low Temperature, Fuel Process. Technol., 171: 215-222 (2018).
[23] Li C.-Z., Importance of Volatile–char Interactions during the Pyrolysis and Gasification of Low-Rank Fuels – A Review, Fuel, 112: 609–623 (2013).
[24] Moreno A.I., Font R., Pyrolysis of Furniture Wood Waste: Decomposition and Gases Evolved. J. Anal. Appl. Pyrolysis, 113: 464-473 (2015).
[25] Irman A., Bramer E.A., Seshan K., Brem G., Catalytic Flash Pyrolysis of Biomass Using Different Types of Zeolite and Online Vapour Fractionation, Energies, 9: 1-17 (2016).
[26] Gunawan R R., Xiang L., Lievens C., Gholizadeh M., Chaiwat W., Hu X., Mourant D., Brombly J., Li C.-Z., Upgrading of Bio-Oil into Advanced Biofuels and Chemicals. Part Ι. Transformation of GC-detectable Light Species During the Hydro Treatment of Bio-Oil Using Pd/C Catalyst, Fuel, 111: 709-717 (2013).
[27] Li X., Hayashi J., Li C.-Z., Volatilisation and Catalytic Effects of Alkali and Alkaline Earth Metallic Species During the Pyrolysis and Gasification of Victorian Brown Coal. Part VII. Raman Spectroscopic Study on the Changes in Char Structure during the Catalytic Gasification in Air. Fuel, 85: 1509-1517 (2006).
[28] Rowell R.M., "The Chemistry of Solid Wood. American Chemical Society", Washington (1984).
[29] Elliott D. C., Chemicals from Biomass, Encycl. Energy, 1: 163-174 (2004).
[30] Mohan D., Pittman C.U., Steele P.H., Pyrolysis of Wood/Biomass for Bio-Oil: A Critical Review. Energy Fuels, 20: 848-889 (2006).
[31] Piskorz J., Scott D.S., Radlien D., "Composition of Oils Obtained by Fast Pyrolysis of Different Woods. In Pyrolysis Oils from Biomass: Producing Analyzing and Upgrading", American Chemical Society: Washington 167-178 (1988).
[32] Degroof W.F., Pan W-P., Rahman M.D., Richards G.N., First Chemical Events in Pyrolysis of Wood. J. Anal. Appl. Pyrolysis, 13: 221-231 (1988).
[33] Hwang I.H., Kobayashi J., Kawamoto K., Characterization of Products Obtained from Pyrolysis and Steam Gasification of Wood Waste, RDF, 34: 402–410 (2014).
[34] Liu C., Wang H., Karim A., Sun J., Wang Y., Catalytic Fast Pyrolysis of Lignocellulosic Biomass, Chemical Society Reviews, 11: 1-54 (2014).
[35] Lyu G., Wu S., Zhang H., Estimation and Comparison of Bio-Oil Components from Different Pyrolysis Conditions, Front. Energy Res., 3: 1-11 (2015).
[36] Lva G., Wub S., Yanga G., Chena J., Liua Y., Kong F., Comparative Study of Pyrolysis Behaviors of Corn Stalk and Its Three Components, J. Anal. Appl. Pyrolysis., 104: 185–193 (2013).
[37] Yu Y., Chua Y.W., Wu H., Characterization of Pyrolytic Sugars in Bio-Oil Produced from Biomass Fast Pyrolysis, Energy Fuels, 30: 4145−4149 (2016).
[38] Alen R., Kuoppala E., Oesch P., Formation of the Main Degradation Compound Groups from Wood and Its Components During Pyrolysis, J. Anal. Appl. Pyrolysis, 36: l37- I48 (1996).
[39] Stuart B.H., "Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications", John Wiley & Sons, Inc., UK (2004).
[40] Inglesias M.J., Jimenez A., Defarge F., Ruiz I., FTIR Study of Pure Vitrains and Associated Coals, Energy Fuels, 9: 458-465 (1995).
[41] Toth A., Hoffer A., Posfai M., Ajtai T., Konya Z., Blazso M., Czegeny Z., Kiss G., Bozoki Z., Gelencse A., Chemical Characterization of Laboratory-generated Tar Ball Particles, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 132: 1-19 (2018).
[42] Shaabana A., Sea S.M., Mitanb N.M.M., Dimina M.F., Characterization of Biochar Derived
from Rubber Wood Sawdust Through Slow Pyrolysis on Surface Porosities and Functional Groups, Procedia Eng., 68: 365 – 371 (2013).
[43] Chowdhury Z.Z., Karim M.Z., Ashraf, M.A. Khalid K., Influence of Carbonization Temperature on Physicochemical Properties of Biochar Derived from Slow Pyrolysis of Durian Wood (Durio zibethinus) Sawdust, BioResources, 11: 3356-3372 (2016).
[44] Domingues R.R., Trugilho P.F., Silva C.A., Melo I., Melo L.C.A., Magriotis Z.M., Monedero M.A., Properties of Biochar Derived from Wood and High-nutrient Biomasses with the Aim of Agronomic and Environmental Benefits, Plos One, (2017).
[45] باصری، غلامرضا؛ اسمعیل زاده، شیدا؛ حسینی، فاطمه السادات، ساخت کربن ‌فعال به وسیله ی فعال سازی شیمیایی و ‌فیزیکی چوب­های مرکبات، زیتون و ‌گز و‌ مقایسه ویژگی­های آن‌ها، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)36: 177 تا 192 (1396).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار