Kinetic analysis of biomass thermal decomposition applying a scheme of independent parallel reactions
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Universidad Industrial de Santander
Abstract
Description
The aim of this work was the kinetic analysis of the thermal decomposition of four Brazilian lignocellulosic biomasses: caixeta wood (Tabebuia cassinoides Lam.), rice husk (Oryza sativa L.), sugarcane bagasse and straw (Saccharum officinarum L.). The thermal decomposition experiments were carried out in a thermogravimetric analyzer using a heating rate of 10 °C/min. The kinetic analysis of the biomass thermal decomposition was carried out applying a scheme of three independent parallel reactions. The results showed that the model was in agreement with the experimental data, and the activation energies obtained were between 118-130 kJ/kmol, 200-215 kJ/kmol, and 100-150 kJ/kmol, for hemicelulose, cellulose and lignin modeled reactions, respectively. Also, were determined linear correlations between the logarithm of the pre-exponential factor and activation energy for each reaction evaluated, and tested in the biomasses analyzed. Finally, was concluded that the correlations obtained could be used for the determination of the kinetic parameters of the thermal decomposition of several biomasses, contributing to the modeling process by reducing the time invested in the iteration process.
El objetivo de este trabajo fue el análisis cinético de la descomposición térmica de cuatro biomasas lignocelulosicas procedentes de Brasil: madera de caixeta (Tabebuia cassinoides Lam.), cascarilla de arroz (Oryza sativa L.), bagazo y residuo de corte de la caña de azúcar (Saccharum officinarum L.). Los experimentos de descomposición térmica fueron llevados a cabo en un analizador termogravimétrico, utilizando tasas de calentamiento de 10 °C/min. El análisis cinético de la descomposición térmica de las biomasas fue realizado aplicando un esquema de tres reacciones paralelas independientes. Los resultados mostraron que el modelo se ajustó muy bien a los datos experimentales, y las energías de activación estuvieron entre 118-130 kJ/kmol, 200-215 kJ/kmol, y 100-150 kJ/kmol, para las reacciones modeladas de la hemicelulosa, celulosa, y lignina, respectivamente. También, fueron determinadas correlaciones entre el logaritmo del factor pre-exponencial y la energía de activación para cada reacción evaluada, y probadas con cada una de las biomasas analizadas. Finalmente, fue concluido que las correlaciones obtenidas pueden ser utilizadas para la obtención de los parámetros cinéticos de la descomposición térmica de diversas biomasas, contribuyendo con el proceso de modelado a través de la reducción del tiempo que se invierte en el proceso iterativo.
El objetivo de este trabajo fue el análisis cinético de la descomposición térmica de cuatro biomasas lignocelulosicas procedentes de Brasil: madera de caixeta (Tabebuia cassinoides Lam.), cascarilla de arroz (Oryza sativa L.), bagazo y residuo de corte de la caña de azúcar (Saccharum officinarum L.). Los experimentos de descomposición térmica fueron llevados a cabo en un analizador termogravimétrico, utilizando tasas de calentamiento de 10 °C/min. El análisis cinético de la descomposición térmica de las biomasas fue realizado aplicando un esquema de tres reacciones paralelas independientes. Los resultados mostraron que el modelo se ajustó muy bien a los datos experimentales, y las energías de activación estuvieron entre 118-130 kJ/kmol, 200-215 kJ/kmol, y 100-150 kJ/kmol, para las reacciones modeladas de la hemicelulosa, celulosa, y lignina, respectivamente. También, fueron determinadas correlaciones entre el logaritmo del factor pre-exponencial y la energía de activación para cada reacción evaluada, y probadas con cada una de las biomasas analizadas. Finalmente, fue concluido que las correlaciones obtenidas pueden ser utilizadas para la obtención de los parámetros cinéticos de la descomposición térmica de diversas biomasas, contribuyendo con el proceso de modelado a través de la reducción del tiempo que se invierte en el proceso iterativo.
Keywords
Pyrolysis, Sugarcane bagasse, Combustion, Reaction kinetics, Thermogravimetry, pirólisis, Bagazo de caña, Combustión, Cinética de reacciones, Termogravimetría