The kinetics of the thermal decomposition of the willow wood (Salix viminalis L.) exposed to the torrefaction process

• Autorzy: Walkowiak M. , Bartkowiak M.

Warianty tytułu

PL

Badania kinetyki procesu termicznego rozkładu drewna wierzby konopianki (Salix viminalis L.) poddanego obróbce hydrotermicznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to analyze the kinetic parameters (activation energy Ea, pre-exponential coefficient A, rate constant k) of thermolysis in torrefied and raw willow wood (Salix viminalis L.), as well as to determine the effect of thermal modification conditions on the kinetics of this process. Samples of raw and torrefied willow wood in a steam atmosphere were analysed. The samples were subjected to thermogravimetric analysis under isothermal conditions. Analyses were conducted in an atmosphere of helium at 270–330 C degree. TG and DTG curves were recorded. The thermal characteristics of the samples were based on thermogravimetric analysis under dynamic conditions at a temperature of up to 600 C degree. On the basis of the data obtained from the TGA analyses, the kinetic parameters were calculated and statistical and mathematical analyses of the results were performed.

PL

Celem pracy było obliczenie parametrów kinetycznych (energii aktywacji Ea, współczynnika przedwykładniczego A, stałej szybkości k) procesu termolizy prażonego i surowego drewna wierzby konopianki (Salix viminalis L.) oraz określenie wpływu warunków modyfikacji termicznej na kinetykę tego procesu. Stosowano próbki wikliny surowej oraz prażonej w następujących warunkach: temperatura procesu 200 stopni C, czas prażenia: 6 godzin (W-200-6-H2O), 12 godzin (W-200-12-H2O) oraz 24 godziny (W-200-24-H2O). Proces był prowadzony w atmosferze pary wodnej, działającej przez 6 godzin w początkowym okresie modyfikacji. Surowce poddano analizie termograwimetrycznej w warunkach izotermicznych. Analizy były prowadzone w atmosferze helu w temperaturach 270 stopni C, 285 stopni C, 300 stopni C, 330 stopni C. Rejestrowano krzywe TG i DTG. Charakterystykę termiczną wikliny oparto na analizie termograwimetrycznej w warunkach dynamicznych, w temperaturze do 600°C. Na podstawie danych otrzymanych z wykonanych analiz obliczono parametry kinetyczne (Ea, A, k) i przeprowadzono analizę statystyczno- matematyczną wyników. Wartość energii aktywacji procesu termolizy wikliny zawierała się w przedziale 138,1– –227,3 kJ/mol. Największą wartość Ea (227,3 kJ/mol) uzyskano w przypadku wikliny prażonej w temperaturze 200 stopni C, w czasie 24 godzin (W-200-24-H2O). Surowiec ten również okazał się najbardziej odporny termicznie. W celu ustalenia funkcji g(.), która najlepiej opisuje proces termicznego rozkładu surowego i prażonego drewna wierzby konopianki wybrano trzy modele kinetyczne: F1, D3, R3. Modelem, który najlepiej opisywał dane doświadczalne był model D3, odnoszący się do procesu dyfuzji trójwymiarowej.

Słowa kluczowe

EN

thermal analysis; thermal decomposition; pyrolysis; kinetic; torrefaction process; torrefied willow wood

PL

analiza termiczna; rozkład termiczny; piroliza; kinetyka; prażenie drewna; toryfikacja

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Drewno : prace naukowe, doniesienia, komunikaty
• Rocznik: 2012
• Tom: vol. 55, nr 187
• Strony: 37--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Walkowiak M.

autor

Bartkowiak M.

• Wood Technology Institute, Poznan, Poland,

Bibliografia

• 1. Agrawal R. K. [1985]: Compensation effect in the pyrolysis of cellulosic materials. Thermochimica Acta [90]: 347-351
• 2. Alves S. S., Figueiredo [1988]: Pyrolysis kinetics of lignocellulosic materials by multistage isothermal thermogravimetry. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis [13]: 123-134
• 3. Antal M. J. Jr. [1985]: Biomass pyrolysis: a review of literature. Part 2. Lignocellulose pyrolysis. Advances in Solar Energy [2]: 175-255
• 4. Arcate J. R. [2002]: Global Markets and Technologies for torrefied wood in 2002. Wood energy [6]: 26-28
• 5. Bergman P. C. A, Kiel J. [2005]: Torrefaction for biomass upgrading. 14th European Biomass Conference & Exhibition. Paris 17- 21 October
• 6. Czeszejko- Sochacka M. [2006]: Zastosowanie metod analizy termicznej w badaniach prażonego drewna wierzby konopianki (Salix viminalis L.). Praca magisterska. Akademia Rolnicza, Poznaniu
• 7. Fairbridge C., Ross R. A., Spooner P. [1975]: A Thermogravimetric Study of the Pyrolysis of the Bark and Chemically-Modified Bark of Jack Pine, Pinus banksiana Lamb. Wood Science and Technology [9]: 257-274
• 8. Felfi F. F., Luengo E. S., Suarez J. A., Beaton P. A. [2005]: Wood briquette torrefaction. Energy for Sustainable Development 9[3]: 19-22
• 9. Fengel D., Weneger G. [1989]: Wood. Chemistry, ultrastructure, reaction. Walter de Gruyter, Berlin, New York
• 10. Grzybek A. [2005]: Prognoza wykorzystania odnawialnych źródeł energii w sektorze rolnym na tle przemian. Energia odnawialna [1]: 23-28
• 11. Kiełczewski M., Zakrzewski R., Bartkowiak M. [2003]: Chemiczny Przerób drewna. Ćwiczenia laboratoryjne. Wydawnictwo AR, Poznań
• 12. Konieczny S. [2005]: Odnawialne źródła energii w globalnej strategii gospodarczej i w polityce rozwoju lokalnego. Energia odnawialna [1]: 18-22
• 13. Lipinsky E. S., Arcate J. R., Reed T. B. [2002]: Enhanced wood fuels via torrefaction. Fuel Chemistry Division Preprints 47[1]: 408-410
• 14. Müller-Hagedorn M., Bockhorn H., Krebs L., Müller U. [2003]: A comparative kinetic study on the pyrolysis of three different wood species. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis [68-69]: 231-249
• 15. Prosiński S. [1984]: Chemia Drewna. PWRiL, Warszawa
• 16. Ramiah M. V. [1970]: Thermogravimetric and Differential Thermal Analysis of cellulose, hemicelluloses, and lignin. Journal of Applied Polymer Science [14]: 1323-1327
• 17. Zakrzewski R. [2001]: Niektóre aspekty termicznego rozkładu drewna i wybranych surowców lignocelulozowych. Rozprawy Naukowe. Roczniki Akademii Rolniczej, Poznań, zeszyt 324