Content uploaded by Jessi Osorio Velasco
Author content
All content in this area was uploaded by Jessi Osorio Velasco on Sep 21, 2015
Content may be subject to copyright.
A preview of the PDF is not available
Pirólisis rápida de biomasa
Abstract and Figures
Los problemas para la producción a escala industrial de bioaceite parten del desconocimiento mismo del proceso de desvolatilización, aún no es clara la cinética de descomposición de las biomasas, no se ha comprendido la interacción entre las fases sólida, líquida y gaseosa en el interior de la partícula; tampoco, se ha evaluado como es la interacción entre la celulosa, lignina y hemicelulosa durante la pirólisis, ni cómo influyen estos en los procesos de transferencia de masa, energía y cantidad de momentum. Esto es lo que ha motivado el desarrollo de la presente monografía, en la que se describe el estado del arte de la tecnología de la pirólisis rápida para la obtención de bioaceite, como producto del proyecto titulado “Producción de Bioaceite mediante Pirólisis Rápida” financiado y liderado por el ICP de Ecopetrol y Ejecutado por el Grupo TAYEA de la Universidad Nacional de Colombia.
Figures - uploaded by Jessi Osorio Velasco
Author content
All figure content in this area was uploaded by Jessi Osorio Velasco
Content may be subject to copyright.
... Marrupe (2014) afirma que para alcanzar las condiciones mencionadas es posible basarse en la transferencia de calor, la cual se logra mezclando a fondo las partículas de biomasa con un portador de energía inerte caliente en un lecho fluidizado, o usando un dispositivo de mezcla de tornillo mecánico. En este caso, se plantea el uso de un reactor de lecho burbujeante, teniendo en cuenta lo expuesto por Montoya et al. (2014). Este tipo de reactor posee un lecho de arena de cuarzo, muy utilizada en la industria, y, debido a sus propiedades, genera una buena fluidización y un gran tamaño de burbuja, lo cual beneficia el proceso. ...
El presente artículo propone analizar el aprovechamiento energético de los residuos sólidos urbanos y establece como caso de estudio el municipio de Madrid, Cundinamarca. Los resultados presentados se obtuvieron del proyecto Diseño del proceso de pirólisis para la producción de biocombustibles a partir de residuos sólidos urbanos (RSU), desarrollado por los autores. Para dicho análisis, se tiene en cuenta la disponibilidad de residuos en el municipio, se establecen los diferentes parámetros de operación, y se determinan las etapas del proceso. Posteriormente se desarrollan tanto el balance de materia como el de energía y se sintetiza la información en el diagrama PFD. Finalmente se consideran las metas planteadas en el Protocolo de Kioto (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible [MADS], s.f. b) y lo establecido por el Departamento Nacional de Planeación Colombia (2016), en su Documento Conpes 3874, definiendo así el proyecto como una economía circular. Con esta información se obtiene una producción anual de aproximadamente 967,3 toneladas de biochar, 4183,5 toneladas de bioaceite y 1287,7 toneladas de biogás, únicamente para el aprovechamiento de los residuos sólidos orgánicos producidos en el municipio de Madrid. Sin embargo, se requieren elevados costos de inversión, además de profundización en las investigaciones sobre el diseño de la planta y sus parámetros de operación. Esta información puede utilizarse como base para el diseño de futuros procesos de pirólisis. Además, es necesario destacar que la producción de dichos biocombustibles con residuos sólidos brindaría al país impactos positivos económicos, ambientales y sociales.
... However, the yield of biofuel is forecasted to increase 25% during 2020-24, to reach 190 billion litres [2]. Lignocellulosic biomass such as agricultural residues is becoming a promising option to strengthen bioenergy production [3]. Currently, the total share of agriculture residue in total bioenergy production is about 3%. ...
The production of biofuel from agricultural crop residue via fast pyrolysis is becoming a popular option. It can help to build a robust renewable fuel market and ensure environmental sustainability. In this study, the widely available maize straw was used for the production of bio-oil in a fluidized bed reactor at a pilot scale. The effect of pyrolysis parameters such as temperature, biomass particle size, and carrier gas flow rate on the production of bio-oil, char, and syngas was investigated. The maximum bio-oil yield of 44.6 wt.% was achieved at a pyrolysis temperature of 500℃. The physicochemical properties of bio-oil were determined, and the heating value was found to be 18.5 MJ/kg. Furthermore, the chemical composition of maize straw bio-oil was analyzed by GC-MS and FTIR. The compounds such as phenol (22.83%), carboxylic acids (27.36%), ketone (19.14%) alcohols (2.09%), esters, furfural, hydrocarbon and aromatic compounds, etc. were identified in the bio-oil. The cost analysis of the developed system showed that the cost of production of bio-oil from maize straw was 0.47 US$/L and the calculated payback period was 1.47 year.
... Existen diferentes procesos aplicados en la industria para el aprovechamiento de la biomasa, tales como: combustión directa, agroquímicos, bioquímicos y termoquímicos [7]. Dentro de este último, se encuentra la gasificación, el cual es un proceso que ocurre en presencia limitada de oxígeno combinado con un material carbonoso para producir un gas combustible compuesto principalmente por H2 y CO [8]. El proceso es desarrollado en presencia de un agente gasificante (e.g. ...
Este capítulo, tiene como objetivo identificar y analizar el efecto de los catalizadores y algunas variables operativas en la gasificación de biomasa. Con este propósito, se realizó una revisión sistemática de literatura y un análisis bibliométrico de las publicaciones científicas en la base de datos Scopus®. Los resultados obtenidos evidencian que la temperatura es la variable más importante, ya que afecta el rendimiento de la producción de hidrógeno y por ende la eficiencia del proceso, se recomienda un rango de operación entre 900 y 950 °C. El uso del aire es más económico a escala industrial y permite un proceso autotérmico, pero produce un gas de síntesis o syngas con menor poder calorífico comparado con el uso del vapor como agente gasificante. Adicionalmente, este último es más difícil de escalar por el suministro de calor que requiere, lo cual incrementa los costos de operación. Los catalizadores de metales alcalinos son más activos en la gasificación que los alcalino-térreos y de transición, en virtud de su alta difusividad y mayor temperatura de descomposición. Los más representativos son el potasio (K) y el sodio (Na), utilizados ampliamente para la eliminación del alquitrán y mejorar la calidad del gas producido. Respecto a los catalizadores de metales alcalino-térreos los más importantes son el calcio (Ca) y el magnesio (Mg), el Ca es muy utilizado para la captura de dióxido de carbono (CO2) lo cual aumenta la concentración de hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO) en el syngas. Las propiedades del catalizador son esenciales en su selección, se sugiere con el fin de mejorar la calidad del syngas y una mayor vida útil del mismo seguir el siguiente orden: selectividad, estabilidad, actividad. Las causas más comunes para que un catalizador se desactive durante la gasificación son la sinterización y el envenamiento debido a las altas temperaturas del proceso y las impurezas de la biomasa, respectivamente. Finalmente, China y Estados Unidos se consolidan como los pioneros a nivel mundial en la producción científica en gasificación de biomasa, Colombia se ubica en el segundo lugar a nivel regional después de Brasil, ocupando el puesto 28 en el ranking mundial con una producción científica que equivale al 0,8% de la producción total.
... These results are in agreement with those found by other researchers (Burhenne et al., 2013;Gani and Naruse, 2007;Garcia-Maraver et al., 2013;Montoya et al., 2017;Stefanidis et al., 2014;Wang et al., 2011). Regarding the experiments carried out for gasification, it was found that the proportion of cellulose and hemicellulose is directly related to the yield of the gaseous products, whereas the lignin content was determinant on the content of tar in the product (Basu, 2013;Montoya et al., 2014;Sikarwar et al., 2016). Therefore, the higher the proportion of cellulose and hemicellulose in the biomass, compared to the lignin content, the higher the gaseous product generated by gasification. ...
Three kinds of waste resulting from woods from the Colombian industry were selected (PinusPátula,
Tectona Grandis and Acacia Mangium) in order to assess their energy potential. Several techniques of
physicochemical characterization were used to predict the most appropriate energy exploitation process
in each case; which was validated at laboratory scale by carrying out the torrefaction, gasification and
combustion process. Results allowed us to the identification of the high energy potential of such wood
waste as well as their feasibility to generate torrefied products and synthesis gas as products with greater
added values. As a special case, the species Tectona Grandis displayed the greatest conversion and synthe-
sis gas quality on the basis of the gasification process, due to its physicochemical characteristics. These
samples can be torrefacted in order to get a new product with higher energy potential than the original
sample. Experimental study carried out, allowed us to demonstrate that there is a relationship between
biomass chemical composition, yield, and process products. In addition, applying an additivity law of
individual effects of the component, it is not possible to predict the process performances.
... La pirólisis, que está definida como la degradación térmica de materiales carbonosos en ausencia de oxígeno (Baysal et al. 2017, Torres et al. 2000, Demirbas 2007; es el primer paso en los procesos de combustión y gasificación, seguido de una oxidación total o parcial de los productos primarios (Montoya 2013). En todos los procesos de conversión termoquímica, la pirólisis representa un punto clave en la cinética de reacción y por lo tanto en el diseño de reactores, así como la posibilidad de determinar la distribución del producto, composición y propiedades. ...
Pine wood accounts for 20% of the world's planted forest species, and is currently of vital importance in industrial applications such as sawmills, papermaking and medicine. Actually, its use in energy applications has been emphasized. This study presents a brief review on the thermal analysis of various species of pine wood. We focus mainly on the analysis of the results regarding how the mass content or weight loss varies with the temperature change from the analysis of the thermogravimetric curves and its derivative. Several species of pine wood have been considered: Pinus caribaea, Pinus patula, Cupressus sempervirens, Pinus pinaster, Pinus radiata, Pinus sylvestris, Pinus pinea and Pinus taeda. In order to show the differences and similarities with respect to the thermal stability of the mentioned species, we have discussed the main parameters from the thermogravimetry curves such as activation energy, pre-exponential factor and reaction order. In addition, the decomposition stages are examined according to the main components of the wood such as water, cellulose, hemicellulose, lignin and extractives.
... La pirólisis siempre es el primer paso en los procesos de combustión y gasificación, seguido de una oxidación total o parcial de los productos primarios [6]. Por lo tanto para estandarizar procesos a escala industrial para la producción de biocombustibles a partir de estas fuentes renovables, y lograr desplazar los combustibles obtenidos de materiales fósiles, se debe conocer a fondo lo que ocurre en el proceso. ...
Frente a la crisis energético-ambiental en que nos encontramos en la actualidad, se presenta la
necesidad de evaluar nuevas fuentes energéticas que suplan la dependencia del petróleo y los
combustibles fósiles. Es por esto que el estudio de pirólisis ha ganado gran importancia hoy: esta es la
primera etapa en cualquier proceso de gasificación o combustión para las nuevas fuentes. En este
estudio se llevó a cabo la determinación de la cinética química de la pirólisis rápida de aserrín de pino
pátula por medio de un estudio termogravimétrico. Para este, primero se preparó la muestra de aserrín,
garantizando un tamaño de partícula de 600�m; además se lleva a cabo un secado superficial en un
horno a 110�C. Una vez ajustado el tamaño de partícula y humedad de la muestra se realizó el análisis
termogravimétrico en un sistema TGA para llevar a cabo una degradación másica gradual, en la que se
variaron tres rampas de calentamiento de 5ºC/min, 20ºCmin y 50ºC/min. Fijando el flujo de nitrógeno
en 60mL/min. Por último, para obtener los parámetros de energía de activación (E) y factor
exponencial (A) se aplicaron dos modelos cinéticos no isotérmicos, el diferencial de Friedman y el
integral de Coats y Redfern
El biocarbón es un carbón estable y altamente poroso producido por medio de la descomposición térmica de la biomasa, bajo un sistema de suministro limitado de oxígeno (O2) y ante temperaturas medias (<700°C); la investigación consistió en producir y caracterizar el biocarbón obtenido a partir de tres tipos de biomasa residual agrícola: cáscara de Theobroma cacao L., cascarilla de Oryza sativa y cascarilla de Coffea arabica; para ello se procesio a la selección y recolección de la biomasa residual, acondicionamiento de la biomasa, diseño y construcción del horno pirolitico a escala, operación y mantenimiento del horno y caracterización del biocarbon a partir de la norma ASTM (1984) D1762-84:Standard Test Method for Chemical Analysis of Wood Charcoal. Como resultado se tuvo que el rendimiento de la producción de biocarbon a partir de la cascarilla de C. arabica fue de 46,05%, cascarilla de O. sativa fue de 44,40% y de la cascara de T. cacao fue de 9,70%; el porcentaje de material volátil fue inferior al 30% para los diferentes tipos de biocarbón, en cuanto al porcentaje de ceniza, el biocarbón producido a partir de la cáscarilla de O. sativa presentó un porcentaje elevado a diferencia del biocarbón de cascarilla de C. arabica, que obtuvó un porcentaje mínimo; el biocarbón de la cascara de T. cacao registró el valor más alto con un pH = 9,47. En la conductividad electrica se puede apreciar valores extremos desde 0,28 dS/m para el biocarbón de la cascarilla de O. sativa hasta un valor promedio de 2,53 dS/m correspondiente al biocarbón producido a partir de la cascarilla de C. arabica, por lo que se determino que existe hetorogeneidad en las propiedades fisicoquímicas, composición elemental y características microestructurales del biocarbón relacionado con la materia prima.
Although activated carbon has been the subject of numerous research applications in water treatment, purification, catalysis, etc., its production is mainly focused on granular and powder presentations due to the commonly used raw materials (e.g., wood, phenolic resin, etc.). Herein, we report an easily established methodology for preparing activated carbon fibers (ACF) using cotton-woven wastes as raw material under chemical activation with H3PO4. We tested different experimental conditions between the activating agent and the cotton fabrics using a randomized-block experimental design with the specific surface area of the activated fibers as the response variable. A highly microporous structure was obtained with an average specific surface area of 1060 m2/g and pore size of 17 Å. The fibers were later impregnated with metallic silver particles using an immersion process in AgNO3 solutions followed by drying and a thermal decomposition to promote the nucleation and precipitation of non-regular shaped silver particles with sizes on the micro and nanoscale within the fiber’s porous. The novel material showed a strong antibacterial effect and a complete inhibition of bacterial culture growth with silver contents as low as 200 ppm.
Fast pyrolysis of biomass produces a liquid with a diverse spectrum of compounds. This work describes impact of adding calcium oxide as a catalyst for fast catalytic pyrolysis of sugarcane bagasse in a fluidized bed reactor at pilot plant scale. The product distributions, bio-oil physical characteristics, and elemental analysis of products were determined. Rapid aging tests were performed on the oils at 80 °C to evaluate the impact of the catalyst on long term storage properties. Results showed that the presence of the catalyst (10 wt% loading) reduced the bio-oil oxygen content by 14%. The catalyst decreased the total bio-oil yield by 17 wt%, but reduced the water content in that oil and increased the gas yield. The presence of the catalyst did not affect the char yield. Over 150 compounds were identified by GC/MS and the distribution of the main functional groups was analyzed.
This analysis compares capital and operating cost for six near-term biomass-to-liquid fuels technology scenarios representing three conversion platforms: pyrolysis, gasification, and biochemical. These analyses employed similar assumptions to allow comparisons among the results. Most prominently, the feedstock is assumed to be corn stover and plant capacity was 2000 tonne/day for each plant. There are large differences in the total capital investments required among the three platforms. The standalone biomass-to-liquid fuel plants are expected to produce fuels with a product value in the range of 0.53–1.45 per liter) gasoline equivalent, with pyrolysis the lowest and biochemical the highest. These relatively high product values are driven primarily by an assumed feedstock cost of 2.00–12.00 per gallon ($0.53–3.17 per liter) gasoline equivalent.
In its broadest sense, and according to the traditional conception, wood chemistry is a comprehensive discipline, ranging from fundamental studies to practical applications. The manifold constituents, located in different morphological regions in the wood, results in an extreme complexity of wood chemistry. Ever more sophisticated endeavors needing fundamental studies and advanced analytical methods are necessary in order to delve deeper into various problems in pulping and papermaking. Gradually, new, improved ana lytical methods, originally developed for research purposes, are currently replacing many of the old "routine" methods in practical applications. Because of the expanse of the subject, an attempt to write a book of this size about analytical methods seems, perhaps, too ambitious. Of course, a whole book series of several volumes would be necessary to cover this topic completely. However, there is undoubtedly a need for a more condensed presentation which does not go into experimental details, but is limited to the basic principles of the analytical methods and illustrates their applica tions. The emphasis is on more advanced and potential methods, and partic ularly on those based on different types of spectroscopy and chromatography.
Biomass is the first-ever fuel used by humankind and is also the fuel which was the mainstay of the global fuel economy till the middle of the 18th century. Then fossil fuels took over because fossil fuels were not only more abundant and denser in their energy content, but also generated less pollution when burnt, in comparison to biomass. In recent years there is a resurgence of interest in biomass energy because biomass is perceived as a carbon-neutral source of energy unlike net carbon-emitting fossil fuels of which copious use has led to global warming and ocean acidification.The paper takes stock of the various sources of biomass and the possible ways in which it can be utilized for generating energy. It then examines the environmental impacts, including impact vis a vis greenhouse gas emissions, of different biomass energy generation–utilization options.
The main purpose of the study was to test the applicability of standard fuel oil methods developed for petroleum-based fuels to pyrolysis liquids. In addition, research on sampling, homogeneity, stability, miscibility and corrosivity was carried out. The standard methods have been tested for several different pyrolysis liquids. Recommendations on sampling, sample size and small modifications of standard methods are presented. In general, most of the methods can be used as such but the accuracy of the analysis can be improved by minor modifications. Fuel oil analyses not suitable for pyrolysis liquids have been identified. Homogeneity of the liquids is the most critical factor in accurate analysis. The presence of air bubbles may disturb in several analyses. Sample preheating and prefiltration should be avoided when possible. The former may cause changes in the composition and structure of the pyrolysis liquid. The latter may remove part of organic material with particles. The size of the sample should be determined on the basis of the homogeneity and the water content of the liquid. The basic analyses of the Technical Research Centre of Finland (VTT) include water, pH, solids, ash, Conradson carbon residue, heating value, CHN, density, viscosity, pour point, flash point, and stability. Additional analyses are carried out when needed.
The analysis of bio oils from fast pyrolysis of sawdust and rice husks in Korea was performed in a bubbling fluidized bed pyrolyzer (0.2 m I.D. × 2 m high). The bubbling fluidized bed pyrolyzer is consisted of air compressor, gas flow meters, pre-heater, fluidized bed reactor, screw feeder, cyclone, multiple heat exchanger and electrostatic precipitator. Multiple heat exchanger and electrostatic precipitator were equipped at the exit of cyclone to capture oil mist. The effect of operation conditions, such as reaction temperature, solid feeding rate, oxygen ratio and so on, on the composition and yield of bio oil have been investigated. The bio oil is mainly composed of carbohydrates, guaiacols, phenols, syringols, and furans. As the reaction temperature increases, the peak intensity of high molecular compounds decreases in composition to low molecular compounds such as phenol.
The heating of biomass in an oxygen-deficient situation is known as pyrolysis and has been used for centuries to produce charcoal, tars, wood alcohol and other solvents. The traditional slow heating of biomass produces about equal amounts of gases, char and tarry liquids. These tarry liquids have been promoted as boiler fuels, but they are not thought to be suitable for use in internal combustion (IC) engines. Current state-of-the-art dictates that the liquid fuels used for IC engines be either a low boiling hydrocarbon material, an alcohol, or a mixture of the two.