Determinación de los parámetros cinéticos en la pirólisis del pino ciprés

Abstract

pine were carried out in a thermogravimetric analyzer at six different heating rates between 5 and 40 °C / min. Kinetics parameters of pine were determined from TGA by using the differential and the maximum speed methods. Additionally, the distribution of activation energies was also carried out finding the values of 113.57 and 157.32 kJ/mol, which are in the range of activation energies reported for hemicellulose and cellulose, respectively, main components of wood.Keywords: pyrolysis; TGA; kinetics. INTRODUCCIÓNDentro de las nuevas alternativas que se han implementado para tratar de disminuir la cantidad de emisiones de CO 2 , SO x , NO x y material particulado producidas durante procesos de producción de energía, la biomasa surge como una fuente renovable que no solo permite reemplazar parcialmente los combustibles fósiles, sino también reducir las concentraciones de éstos gases contaminantes emitidas a la atmósfera.1 La transformación termoquímica de la biomasa puede generar combustibles sólidos, líquidos y gaseosos, los cuales pueden reemplazar parcialmente los combustibles fósiles para producir calor, electricidad o productos químicos. Dentro de los procesos de transformación termoquímica la pirólisis y la gasificación son los más usados comercialmente. 2La madera es un representante de la biomasa que contiene principalmente celulosa, hemicelulosa y lignina. Su descomposición térmica revela dos regiones principales atribuidas a la descomposición de la celulosa y la hemicelulosa. La primera descomposición con pérdidas de masa que se presenta a bajas temperaturas puede asociarse al proceso de pirólisis de la hemicelulosa y a temperaturas más elevadas la pérdida en masa se asocia con descomposición de celulosa. Por otro lado, pérdidas en masa para la descomposición de lignina no se observan en este rango de temperaturas. El conocimiento de la devolatilización de la madera es importante, porque la pirólisis es el primer paso en un proceso de gasificación o combustión.3 La variable composición de la biomasa, combinado con el diferente comportamiento de descomposición de cada componente, es el resultado de la diversidad del comportamiento de pirólisis para cada tipo de biomasa. 4 En éste trabajo, los parámetros cinéticos tales como, energía de activación y factor pre-exponencial, fueron determinados para el pino ciprés usando el método termogravimétrico no-isotérmico y tratando los datos obtenidos bajo los modelos matemáticos del método diferencial y del método de la velocidad máxima, y adicionalmente realizando la distribución de energías de activación. PARTE EXPERIMENTAL MuestraSe utilizó pino ciprés con un tamaño de partícula aproximado de 40 µm; la humedad fue eliminada inicialmente a temperatura ambiente y luego en la estufa a 110 ºC, para los dos casos anteriores se monitoreó hasta la obtención de un peso constante.

Estudio de cinética en procesos termogravimétricos de materiales lignocelulósicos

“…Este rango de temperaturas para la descomposición (250-420°C) sugiere que este tipo de pino contiene mayor cantidad de hemicelulosa y celulosa. Después de 400°C, se observó una descomposición más lenta, esto debido principalmente a la lignina, la cual se descompone entre 277 y 527°C (Soto et al 2010). Los picos que se ubicaron en 350, 375 y 392°C, se atribuyeron a la descomposición de la celulosa y hemicelulosa.…”

“…Se observó que los picos se van desplazando hacia la derecha, lo que significa que el tiempo de reacción es mayor a medida que la temperatura se incrementa. Cabe mencionar que la máxima velocidad de descomposición aumenta proporcionalmente a la velocidad de calentamiento, debido a una mayor energía térmica que provoca mayor transferencia de calor (Soto et al 2010). Para cada velocidad de calentamiento y de acuerdo a los gráficos, se determinaron los órdenes de reacción, el factor pre-exponencial y la energía de activación.…”

“…Recientemente, se han realizado estudios de transformación termoquímica de esta especie de pino para estudiar su potencial en la generación de combustibles sólidos, líquidos y gaseosos. Por ejemplo, se han calculado los parámetros cinéticos tales como, energía de activación y factor pre-exponencial, usando el método termogravimétrico no-isotérmico y tratando los datos obtenidos bajo los modelos matemáticos del método diferencial y del método de velocidad máxima, además de calcular la distribución de energías de activación (Soto et al 2010). La velocidad de degradación térmica, entre 5 y 40°C/min, se realizó en una atmósfera inerte de nitrógeno.…”

“…De esta manera, los autores obtuvieron los parámetros para calcular cuatro funciones de distribución como son el factor pre-exponencial (A), la energía de activación (Ea), la varianza de la distribución (σ) y el factor de peso (α) que está relacionado con la fracción de volátiles; identificando principalmente dos energías de activación 113,77 y 157,32 kJ/mol que en este caso corresponden a la hemicelulosa y celulosa, respectivamente, para este pino ciprés. (Soto et al 2010).…”

Devolatilization of African Palm (Elaeis guineensis) Husk studied by TG-MS

“…Thermochemical transformation of biomass usually produces solid, liquid and gas fuels that besides the usage for energy production, can be a source of chemical products, heat and energy (Camps Michelena & Marcos Martín, 2008). Pyrolysis and gasification are the thermochemical processes most used at commercial level (Soto, Machado, & López, 2010). Lignocellulosic biomass is the organic substance most abundant on earth; the main sources of those are forest, crops and industrial residues (Abril & Navarro, 2012).…”