文摘

热解是最重要的热化学过程,可以用于生物燃料的生产,从木材和木质纤维素的木质材料。在这项研究中,生物都是由bio-weed命名热带榕属植物宗教性通过热裂解过程利用实验室规模流化床反应器。本研究处理最大的生产生物燃油通过优化工艺参数如过程温度、粒子大小和扫气流量。进一步分析技术被用来描述不同生物的性质不同的应用程序。木材和木材的叫热带榕属植物宗教性被选为原料因挥发组分含量较高(72.4%)。最高产量为47.5 wt %生物收集450°C的优化操作条件温度、1.0毫米粒度,2.0米³/ h尾气流量。与其他操作参数相比,温度是观察到的最重要的一个决定产品产量。通过色谱分析,发现,发现生物的各种化合物包括醇、烯烃、酚类、饱和脂肪酸、酯。

1。介绍

促进可持续能源发展推动了全球能源需求增加与温室气体排放增加(1]。木头和生物质材料作为有前途的替代材料生产燃料和化学品(2]。这些资源可再生,可丰富,碳中和,无,不与食品(3]。自1970年代中期以来,石油危机开始的时候,做了很多这样的努力将废物转化为燃料和化学品。满足中国的能源需求,美国,中国,印度,和其他国家明显依赖于国外,创造巨大的鼓励可再生能源的发展。印度为4.6%,2020年全球化石燃料的使用,将它的第三世界上仅次于美国和中国。按照Huber的发现,biomass-derived液态烃生产生物燃料是可行的资源运输(4),但他们生产的经济可行的方法尚未确定。

木材和木制木质纤维原料是最重要的可再生能源的来源。原料来自专门的作物,森林废弃物,城市固体废物的集合。能量回收的形式直接从木电或热通过燃烧和其他热过程(5]。废物的管理从木材提高可持续性的需求是至关重要的。木质生物质通常由木材废料、树皮、树干和树叶,它包含能量通过光合作用。这些废弃物可焚烧发电或可以加工生产燃料6]。的能量直接燃烧木材和木材产品主要是用于许多加热的应用程序,但热解和气化让他们产生更多的有价值的液态和气态可燃物,可以用于其他进程。特别是,热解已成为一种有效的转换过程木质生物质材料转化为液体燃料。相比其他的转换技术,热解产量与能源内容增加更多的液体产品。这个热击穿过程产生char,石油和气体化合物由于高分子链组件的故障没有空气/氧气[7]。热解油通常有更高的能量密度和比传统柴油更容易储存和运输。快速或flash热解的先进技术提高比慢速热解液体石油产量(8]。几篇文章出版之前利用生物质材料的热解过程。Makkawi et al。9)进行热解的棕榈废料在525°C和获得生物燃油生产38.8 wt %。生物有热值的20.88 MJ /公斤,这是远远低于软木树皮热解油的热值。在另一项研究中,平托et al。10)使用松木树皮热解过程和生产生物燃油的最适温度37 wt % 550°C。最近,Sakthivel et al。11)利用木材的浪费属inophyllum热解。该研究利用各种色谱技术分析获得的石油产品。红外光谱研究生物燃油显示C = C的存在,ch, C = O, -哦官能团。Dhanalakshmi和月球12]进行研究flash树皮热解木头Azadirachta indica。研究取得了最多49.5 wt %热解油在450°C下1毫米粒径在2 m³N /人力资源₂流量。快速热解的松树和橡树木材叫是由英格拉姆et al。13在450°C)。这项研究的结果表明,可以用于生物燃料生产便携式钻反应堆在各网站在森林里。这种方法还允许更有效的运输体积更小的生物而原木。除了上面的研究中,一些研究利用木材树皮co-pyrolysis实验。Co-pyrolysis实验混合食物浪费木材树皮由公园等。14在一个连续热解反应器。研究特征三个热解产品的石油,char、和天然气。当食物垃圾和木材树皮结合质量比为1:1在700°C, H的最高产量₂气体和酚类和多环芳烃化合物。

在上述背景下,木材树皮和木材热带榕属植物宗教性为有效利用生物产品的转换。热带榕属植物宗教性是一种无花果树的起源在印度次大陆。这是一个巨大的,旱季落叶树能长到30米高的树干直径可达3米。大部分的印度次大陆,是土著包括孟加拉国、尼泊尔、巴基斯坦和阿萨姆邦。在印度,这棵树是带有宗教和药用符号。可以利用树的不同部分来治疗不同的疾病如腹泻,黄疸,心脏方面的疾病,和皮肤过敏。等不同部分茎、树皮、水果和树脂被用在许多不同的方式。许多植物成份的存在如酚醛塑料,甾醇类,黄酮类化合物也已经检查了过去十年(15]。树的木材用于木工工作,和他们叫用于烹饪的目的。最好的作者的知识,相关的出版物可以利用生物燃料生产的木材和木材叫非常最小和没有研究,讨论使用木材和木材吠叫热带榕属植物宗教性通过热解过程对能量回收。

出于浪费能源概念和转换木质材料增值燃料和化学品,本研究集中在混合木材和木材的热解叫的热带榕属植物宗教性。本研究的最终目标是调查原料在不同操作条件下的热解行为。获得最大的生物产品,flash热解研究进行实验室型流化床反应器在不同温度、粒子大小和尾气流率。最后,生物产品的完整描述使用红外光谱和gc - ms进行了。

2。材料和方法

2.1。材料收集和准备

在这项研究中使用的材料是木材和木材的集合叫来自新开辟的树干。树的树干被削减Vadavalli附近的居民区,印度哥印拜陀(11°02′10.5 N 76°54′50.4 E)。被切成小块,晒干的材料在一个开放的阳光15天。干燥后,木头碎片是球磨和转换成粉末形式使用球磨机(Emkad-India)。样品都已筛得到所需尺寸的0.5,0.75,1.0,和1.25毫米使用测试筛子由Jayant科学行业,孟买,印度。为了防止生物降解,粉末材料烘干的60°C 1小时使用BSSCO bsex - 1401,“狗屁”出口,印度。图1显示热带榕属植物宗教性树。

2.2。表征研究

2.2.1。直接和最终的分析

提要的近似分析材料是由以下ASTM协议。这一分析给出了信息的数量总挥发物中原料材料。提要的元素分析发现材料和生物利用优秀的二世2400年中文元素分析仪由以下ASTM D5373过程。

2.2.2。热重量分析

热重研究用于识别热解期间提要材料的基本行为。进行了分析使用热重分析仪(Q500、TA仪器)。大约5毫克的生物质材料炉。所需的氮气和空气热解和燃烧实验在分析提供。进行分析,原料加热到700°C的升温速率20°C /分钟。

2.2.3。红外光谱分析

一个力量Optik GmbH 27张量分光光度计采用石油样品的红外光谱谱。光谱收集400至4000厘米⁻¹4厘米⁻¹决议。生物燃油得到的光谱反射模式后的样品分散在硒化锌晶体。

2.2.4。gc - ms分析

生物燃油生产的优化条件下使用热gc跟踪检查定性超版本:5.0,热女士DSQ II, gc - MS谱。结果在这项研究提供了一个清晰的图像的化合物存在于样品。

2.2.5。物理特性

找到适合各种应用程序,进行了生物的身体素质。来确定是否适合作为内燃机燃料应用程序,必须考虑石油的身体素质。密度、运动粘度、闪点、热值、pH值都是按照ASTM标准进行了分析。石油的分析之前,样品在3000转离心分离从水相有机相。

2.3。反应堆的设置

flash进行热解实验使用实验室规模流化床反应器的高度1.0米,直径50毫米。反应堆的外表面是电加热,热量输入是由PID控制器。5 k热电偶测量温度固定在不同的位置。氮气是提供给反应器在不同流速为了得到随着砂颗粒流化。反应堆的温度提高10°C /分钟,直到它达到所需的值。反应堆可以允许样品加热到1100°C。旋风分离器安装在反应堆的出口将驱逐char组件从气体产品。冷凝器用于浓缩挥发性分数公布在热解过程中,收集在一个单独的玻璃烧杯。发出的不凝气体逃逸到环境中。冷却后,炭元素从反应堆和旋风分离器中删除。 The reactor facilities available in fuel laboratory are utilized for this study. The reactor was the existing one, and it was not specifically designed for this work. The reactor was supplied by Emkad India Ltd. A high accuracy weighing machine is employed to compute the mass of pyrolysis products. The mass of the uncondensable gas products is identified using the remaining material balance. The overall setup used for this study is shown in Figure2。

3所示。结果和讨论

3.1。原料性能

表1总结了木树皮和木材的重要元素热带榕属植物宗教性。研究材料有更高的碳(C)内容,温和的氧气(O)内容,和更高的氢(H)的内容。材料在低氮(N)和硫(S)的内容。的值C、H、N, S,和O的材料是48.1,6.3,2.0,0.4,和43.2 wt %,分别。除此之外,灰提要中的材料相当最低(5.2 wt %)。材料中的氧气的存在会导致生产的含氧挥发物和酸度。分数在饲料原料的水分总量可以减少在热解时转换效率和降低收益率的热值与水相产品。挥发性物质的浓度越高导致波动增加和反应,这是理想的合成大量的生物(16]。

3.2。热降解分析

数据3和4描绘了TGA和壳体的情节热带榕属植物宗教性通过样品加热到700°C在20°C /分钟。从TG曲线识别,生物样品的热破裂出现在渐进和清晰的路径。在260°C的温度,第一个峰值出现对应半纤维素的分解。在这个阶段,半纤维素分解成挥发物和一个中间固体在二级反应,进一步和中间固体颗粒分解为可压缩的挥发物和char产品(17]。第二个峰值开始出现在350°C,这代表了纤维素的分解。因为其他两座山峰之间的重叠,峰值与木质素的分解是完全掩盖。木质素的分解生物质为可压缩的挥发物和char元素是通过一个Arrhenius-type过程(18]。大约是420°C的热击穿整个生物质几乎完成。在高温分解木质素组件显示小减肥。最大的减肥出现370°C到470°C。TGA曲线显示了char收益率大约20 wt %。这些结果类似于先前发表的文献对稻壳,橄榄石,和甘蔗蔗渣[19- - - - - -21]。

3.3。热解特性

3.3.1。温度的影响

一系列的化学反应将在生物质热解过程中。初级和中级产品,需要分解木质纤维素的内容。对反应堆提供的热量主要是为了打破这些成分。热解产品的收益率分布在不同的最终温度如图5。实验在这个阶段是由改变反应堆温度从350°C到550°C下0.75毫米粒径和1.75米³N /人力资源₂流量。增加热输入促进重碳氢化合物材料的破坏导致更高的液体和气体产品,负面影响炭生产。炭产品的产量与温度、增加减少的主要或次要的炭颗粒在反应器22]。char收益率从38.9下降到22.6 wt %,增加温度从350°C到550°C。根据Putun et al。23],增加反应堆的温度从400年到700°C字符生成减少了榛子壳和芝麻秸秆10%和17%,分别。蔡等人也显示char产品增加温度下降(24]。从图中,可以理解,char更高的产品实现在低温下。当输入的热量提供给原料增加,它打破了债券和增强了可压缩的挥发物的释放。也确定了热解油的产量逐渐提高32.4 wt % 37.6 wt %,达到最大值450°C (41.6 wt %)。当温度超过450°C时,热解油的生产减少的范围41.3 wt % 37.6 wt %,这是一致的(25,26]。高碳转变为气体在高温气体的产量不断增加从350°C到550°C。天然气的产量为28.7 wt % 350°C,它达到了39.8 wt % 550°C。

3.3.2。颗粒大小的影响

粒子的大小很重要,应该仔细考虑,因为它可能会影响传热的速度。它显著的创建对化学反应过程中产生影响。粒子的大小不仅影响热解反应,但也会影响反应堆的压力降。当粒子的直径增加时,其核心增加表面之间的距离,导致传热差(27]。增加直径为char产品的收益率普遍青睐。在许多先前的研究,产品的收益率显著影响粒子的大小(28,29日]。生物质颗粒大小影响物流是一个非常重要的属性。Sowmya Dhanalakshmi和月球8)报道,生产生物燃油受到粒度在使用楝木树皮。图6描述了产品收益率对粒子大小。图,观察的结果,收集石油的数量达到了最大44.2 wt % 1.0毫米粒度。另一方面,石油产量减少到38.3 wt %在大粒径。这可以解释为一个完整的过程由于缺少传热(26]。更大的粒子没有得到适当的加热和较低的石油产量。根据图6char的收益率非常最小0.75毫米(25.3 wt %)。天然气的产量也是粒径的函数。记录在这里,高和低气体产品粒度的0.5毫米(34.4 wt %)和1.0毫米(30.2 wt %)。当粒径增加从1.0毫米到1.25毫米,天然气的产量从30.2 wt %提高到33.3 wt %。天然气产量的增加是由于粒径增加反应堆,延长停留时间的挥发性物质导致二次裂化反应。

3.3.3。全面的气体流速的影响

另一个参数影响产品产量是彻底的气体的流动。的流化床热解热带榕属植物宗教性,产生的蒸汽,它应该从反应堆排出正确,否则他们可能参与进一步的反应,改变产品的性质。按照文学,反应堆内的允许尾气分离产品从反应堆,以避免二次反应和帮助最大化石油产品。氮是热解实验的常用的载气由于其更好的流化,惰性财产,便宜,和可用性。它还有助于排出反应堆对无氧反应(30.]。在这个阶段,实验在恒定温度下的450°C和固定的1.0毫米粒度。图7显示了实验收益率在不同N₂流率。在2.0米³/人力资源,石油产品产量达到最大值(47.5 wt %)。的结果,它可以指出N₂流显著创建对停留时间的影响蒸气中创建的反应,防止二次反应(31日]。在更高的N₂流量的2.25米³/人力资源,天然气产量增加,由于删除不凝结的挥发物。在热解热带榕属植物宗教性,扫气没有影响字符的生产。char的产量为23.2 wt % 1.5 m³在2.25米/小时和27.5 wt %³/人力资源。以前,玉米棒子的热解显示一个小炭产量变化从24.4到22.6 wt %时,N₂流率从1.2提高到4.5升/分钟(32]。月桂热解期间,增加的N次方₂流量从50到400毫升/分钟下降导致char生产从28.48 wt % 27.21 wt % (33]。

3.4。表征研究

3.4.1。生物原油的物理分析

基本的物理分析是一个非常重要的一个,因为它可以用于任何应用程序根据其物理和化学性质。分析在这项研究是由生物燃油生产的最优条件下的热解温度450°C, 1.0毫米的颗粒大小,尾气流量的2.0米³/人力资源。粘度、热值、密度、氧含量、pH值和密度是一些身体素质测量的研究和报道在表2。桌子上还比较其他热解油从不同的来源获得。粘度是一个关键属性的任何决定流动性液体燃料。在发动机的设计中起着重要作用,利用生物燃料(34]。热解油的粘度变化是因为它是由各种各样的来源。显然,中科粘度被确定为7.2。较高的闪点130°C显示,石油可以安全地储存在室温下。生物燃油的密度为1005公斤/米³,它的密度比矿物柴油(78公斤/米³)。显示了pH值低至3.6由于酸性化学物质在示例。与矿物柴油相比,热值低18.3 MJ /公斤,哪个更足够的生物油从木质纤维素的废物、它可以提高了进一步处理。

3.4.2。红外光谱分析

图8展示了生物的红外光谱图像来自木树皮和木材热带榕属植物宗教性在获得最高产量的条件进行了优化。酚羟基的存在是由大片在3500 - 3200厘米⁻¹。在3400 - 3100 cm o - h键发出的⁻¹显示了发生聚合羟基化合物。碳氢键拉伸获得在3000 - 2850厘米⁻¹代表了烷烃化合物在石油。C = O伸展在1750 - 1700厘米⁻¹表明存在一个稳定的酯组。- h弯在1550 - 1500厘米⁻¹在样品确认酰胺。醇类和芳香族化合物生物由拉伸振动在1152厘米⁻¹和碳氢键弯曲振动在710 - 690厘米⁻¹。这一研究获得的结果与先前的文献一致(8,11]。通过与先前的研究相比,油含有丰富的O-containing结构。石油的官能团基本上是依赖于原料材料的元素组成。图中还表明,石油是复杂的和有一些芳香族化合物,例如,酚类化合物。然而,每个乐队的确切任务似乎是艰难的,为进一步研究提供给39]。

3.4.3。gc - ms分析

这个分析是为了找出存在的大量石油样品的化学元素。的样本分析获得最高产量的条件进行了优化。出现在这一分析的化合物是列在表中3。与峰面积确定的化合物明显。分析结果表明,化学成分包括醇、烯烃、酚类、饱和脂肪酸、酯。在色谱中,酚类化合物发现超过30%。木质素的降解木材可能负责酚醛含量增加。同时,9-octadecenoic酸(Z) -甲基酯,hexadecanenitrile,和9-octadecenamide显示面积的百分比8.03,5.45和5.32%,分别。Piperidine-2, 5-dione、山柰酚、豆甾醇样品中标识用于药用的应用程序,而苯酚及其衍生物,hexadecanenitrile,油酸,香兰素,环戊醇,2-furanmethanol用于各种化学加工工业。除了许多其他化学物质在生物识别用作氧化剂,减少代理,食品添加剂,前体,塑化剂,香水添加剂。此外,一些研究也报道了这些化合物的存在在不同热解油(40- - - - - -42]。

4所示。结论

本研究证实,木材和木材叫的结合热带榕属植物宗教性是有价值的原料pyrolysis-based生物燃油生产。最优惠的操作条件获得更高产量的生物燃油温度是450°C, 1.0毫米粒度,2.0米³/人力资源全面的气体流量。液体石油的产量范围从32.4 wt % 47.5 wt %在这些有利条件。这项研究提供了一个成功的方法提取生物燃料能源热带榕属植物宗教性木头。生物研究和与其他热解油产自不同的木质纤维素的木质废弃物。比较结果证实,可以用作燃料和石油产品有可能被使用作为一种可再生的燃料。根据化学特征研究,获得的生物在本质上是复杂的包含范围广泛的有机组成部分,表明他们可以用于化学工业。进一步研究还可以增加char和天然气的生产要素通过优化工艺参数与深度产品描述。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。