بررسی اثر کاتالیست بیوچار در فرایند پیرولیز چوب صنوبر برای تولید سوخت

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز

چکیده

در این پژوهش پیرولیز چوب صنوبر در مجاورت کاتالیست بیوچار تولیدی از فرایند گازسازی چوب صنوبر، بررسی شد. بدین منظور، در یک راکتور با اندازه آزمایشگاهی، 30 گرم از نمونه بارگذاری شد و پیرولیز در دمای 500 درجه سلسیوس و در فشار یک اتمسفر انجام پذیرفت. نتیجه‌ها نشان داد که کاتالیست بیوچار تأثیر محسوسی بر میزان سوخت زیستی به‌دست آمده از پیرولیز نداشته است. در حالی که میزان فراورده گازی کاهش (78/5 درصد) و بیوچار افزایش یافته (19/5 درصد)؛ همچنین مشخصه ­های فراورده‌های تولیدی را تغییر داده است. در مورد فراورده‌های گازی، کاتالیست مجموع میزان CO و CO2 را افزایش (68/8 درصد) و نیز مجموع گازهای هیدروکربنی یبش­تر از دو کربن را کاهش داد (10/16 درصد). ولی تأثیر محسوسی بر میزان CH4 نداشته است. بیوچار میزان آروماتیک‏ ها را افزایش و ترکیب‌های خطی را در سوخت زیستی کاهش داده است که نشان از تمایل کاتالیست بیوچار برای فرایند تبدیل ترکیب‌های خطی به آروماتیک‏ ها مانند اسیدهای کربوکسیلیک بوده است. همچنین بیوچار تمایل زیادی برای اکسیژن‏زدایی از سوخت زیستی را داشت که منجر به بهبود ویژگی‌های سوخنی سوخت زیستی شد. چار تولیدی دارای آروماتیک کمتری بوده است. آنالیز DTG نشان دادکه چار به‌دست آمده از فرایند پیرولیز کاتالیستی شبکه مولکولی سبک‏تر و منظم‏تری داشته است. همچنین آنالیز XRD کاتالیست نشان داد که لایه ‏ای از مواد کربنی (کک) که به دلیل فرایند بسپارش ترکیب‌های آروماتیکی موجود در بخارهای تولید شده در فرایند پیرولیز است، بر روی کاتالیست نشسته بوده است. در کل حضور بیوچار تغییری در میزان سوخت زیستی نداشته اما کیفیت سوخت آن مانند میزان آروماتیک‌ها را افزایش داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Klass D.L., "Biomass for Renewable Energy, Fuels and Chemicals", Entech. International, Inc., (1998).
[2] Marin E.C., Mahecha H.S., CARRASCO S.P., Biocombustibles Autosuficiencia Energetica, DYNA., 76(158): 101-110 (2009).
[3] Hu X., Gholizadeh M., Biomass Pyrolysis: A Review of the Process Development and Challenges from Initial Researches up to the Commercialisation Stage, J. Energy Chem., 39: 109-143 (2019).
[4] Basu P., "Biomass Gasification and Pyrolysis (Practical Design and Theory)", Elsevier, the Boulevard, Langford Lane, Kidlington, Oxford, OX5 1GB, UK (2010).
[5] Lehmann J., Joseph S., "Biochar for Environmental Management: Science and Technology", Routledge, (2009).
[6] Lappas A., Kalogiannis K., Iliopoulou E., Triantafyllidis K., Stefanidis S., Catalytic Pyrolysis of Biomass for Transportation Fuels, WIREs Energy and Environ., 1: 285-297 (2012).
[7] Pan P., Hu C., Yang W., Li Y., Dong L., Zhu L., Tong D., Qing R., Fan Y., The Direct Pyrolysis and Catalytic Pyrolysis of Nannochloropsis sp. Residue for Renewable Bio-Oils, Bioresour. Technol., 101: 4593-4599 (2010).
[8] Iliopoulou E., Antonakou E., Karakoulia S., Vasalos I., Lappas A., Triantafyllidis K., Low Pressure Catalytic Co-Conversion of Biogenic Waste (Rapeseed Cake) and Vegetable Oil, Chem. Eng. J., 134: 51–57 (2007).
[9] Nokkosmaki M., Krause A., Leppamaki E., Kuoppala E., Chemical Analysis and Reactivity of Biomass Pyrolysis Products. Application to the Development of Carbon-Neutral Biofuels and Chemicals, Energy Fuels, 2000: 405-409 (1998).
[10] Zhang C., Hu X., Guo H., Wei T., Dong D., Hu G., Hu S., Xiang J., Liu Q., Wang Y., Anal J., Pyrolysis of Poplar, Cellulose and Lignin: Effects of Acidity and Alkalinity of the Metal Oxide Catalysts, Appl. Pyrolysis, 134: 590-605 (2018).
[11] Jin W., Singh K., Zondlo J., Co-Processing of Pyrolysis Vapors with Bio-Chars for Ex-Situ Upgrading. Renew. Energy, 83: 638-645 (2015).
[12] Shen Y., Yoshikawa K., Tar Conversion and Vapor Upgrading via In-Situ Catalysis using Silica-based Nickel Nanoparticles Embedded in Rice Husk Char for Biomass Pyrolysis/Gasification, Ind. Eng. Chem. Res., 5: 10929-10942 (2014).
[13] Salavati S., Zhang C., Zhang S., Liu Q., Gholizadeh M., Hu X., Cross-Interaaction during Co-Gasification of Wood, Weed, Plastic, Tire and Carbon, J. Environ. Manage., 250: 1-30 (2019).
[14] Alcock C.B., "Thermochemical Processes", First Edition, University of Norte Dame, Indiana, USA (2000).
[15] Gacparovic L., Korenova Z., Jelemensky L., Kinetic Study of Wood Chips Decomposition by TGA, Chem. pap., 64(2): 174-81 (2010).
[16] Scott D.S., Piskorz J., Radlein D., Liquid Products from the Continuous Flash Pyrolysis of Biomass, Ind. Eng. Chem. Process Des Dev., 24(3): 581-8 (1985).
[17] Mohan D., Pittman C.U., Steele P.H., Pyrolysis of Wood/Biomass for Bio-Oil: A Critical Review, Energy Fuels, 20(3): 848-89 (2006).
[18] Onay O., Kockar O.M., Slow, Fast and Flash Pyrolysis of Rapeseed, Renew. Energy, 28(15): 2417-33 (2003).
[19] Iglesias M.J., Jimenez A., Laggoun-Defarge F., Suarez-Ruiz I., FT-IR Study of Pure Vitrains and Associated Coals, Energy Fuels, 9(3): 458-66 (1995).
[20] Fagbemi L., Khezami L., Capart R., Pyrolysis Products from Different Biomasses: Application to the Thermal Cracking of Tar, Appl. Energy, 69(4): 293-306 (2001).
[21] Pattiya A., Fast Pyrolysis, Indirect Thermochemical Liquefaction for Energy Applications, Woodhead Publishing, 1: 3-28 (2018).
[22] Brown R.C., Wang K., Fast Pyrolysis of Biomass: Advances in Science and Technology, RSC., 50: (2017).
[23] Rowell R., "The Chemistry of Solid Wood", American Chemical Society, Washington (1984).
[24] Elliott D., Chemicals from Biomass. Encyclopaedia of Energy, 1: 163-174 (2004).
[25] Piskorz J., Scott D., Radlien D., Composition of Oils Obtained by Fast Pyrolysis of Different Woods. in Pyrolysis Oils from Biomass: Producing Analyzing and Upgrading, ACS., 1: 167-178 (1988).
[26] Hwang I., Kobayashi J., Kawamoto K., Characterization of Products Obtained from Pyrolysis and Steam Gasification of Wood Waste. Waste Manage., 34: 402–410 (2014).
[27] 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. Pyrol., 104: 185–193 (2013).
[28] Stuart B., "Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications", John Wiley & Sons, UK (2004).
[29] Inglesias M., Jimenez A., Defarge F., Ruiz I., FT-IR Study of Pure Vitrains and Associated Coals, Energy Fuels, 1: 458-465 (1995).
[30] Krull E., Baldock J., Skjemstad J., Smernik R., Characteristic of Biochar: Organo-Chemical Properties, Biochar for Environment Science and Technology, Taylor & Francis Group, 1: 53-66 (2009).
[31] Atashi F., Gholizadeh M., Ataei F., Pyrolysis Analysis of Polyethylene Terephthalate: Effects of Carrier Gases (N2, He, and Ar) and Zeolite Catalyst (A4) on Yield, J. Chem. Technol. Biotechnol., 97: 3395-3405 (2022).
[32] Zhang C., Zhang L., Li Q., Wang Y., Liu Q., Wei T., Dong D., Salavati S., Catalytic Pyrolysis of Poplar Wood over Transition Metal Oxides: Correlation of Catalytic Behaviors with Physicochemical Properties of the Oxides, Biomass Bioenergy, 124: 125-141 (2019).
[33] Gunawan R., Xiang L., Lievens C., Gholizadeh M., Chaiwat W., Hu X., Mourant D., Brombly J., Li C., Upgrading of Bio-Oil into Advanced Biofuels and Chemicals. Part Ι. Transformation of GC-Detectable Light Species during the Hydrotreatment of Bio-Oil using Pd/C Catalyst, Fuel, 111: 709-717 (2013).
[34] Li X., Hayashi J., Li C., 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, 81: 1509-1517 (2006).
[35] 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).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار