C. Ariza*, A. Albis*, E. Ortiz, A. Suarez, A. Díaz, E. Donado

Transcripción

1 Estudio de la devolatilización térmica y Evaluación cinética de la pirolisis de Manihot Esculenta por medio de Balanza termogravimétrica acoplado a espectrómetro de masas TG/MS C. Ariza*, A. Albis*, E. Ortiz, A. Suarez, A. Díaz, E. Donado *Grupo de Investigación Bioprocesos, Facultad de Ingeniería, Universidad del Atlántico Grupo de Investigación en Física de materiales, Facultad de Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico, Grupo de Investigación en Ingeniería de procesos y sistemas inteligentes, Universidad Jorge Tadeo Lozano

2 Agenda Introducción Materiales y Metodos Resultados Conclusiones

3 Introducción Devolatilizacion de los residuos agroindustriales de yuca. Pirolisis Líquidos combustibles Muchas reacciones Varias fases Mecanismos desconocidos TG/MS Cinética Identificación de productos Manihot Esculenta Residuo agroindustrial

4 Proceso de devolatización Descomposicion termica en ausencia de Oxigeno.

5 Proceso de devolatización

6 Pirólisis Torrefacción lenta Gasificación Carbonización lenta Intermedia Gas Char Agua Organicos Rapida 0% 20% 40% 60% 80% 100%

7 TG/MS

8 Materiales y métodos Manihot Esculenta 90 µm < fraction < 120 µm Helio 99,999 % Condiciones experimentales Rango de temperatura: C Purga: 4 horas + 1 hora de enfriamiento Rampas de calentamiento: 10 y 100 K/min Temperatura del capilar: 200 C Flujo de helio: 120 ml/min Tamaño de la muestra: 2-8 mg

9 Equipos Balanza Termogravimetrica, TA-Instument 2950, acoplado a Espectrofotometro de masas, Balzer Thermostar

10 Modelo DAEM

11 Modelo cinético Conversion: Ecuación cinética: n=1 Dependencia de la temperatura: E A es normalmente distribuido. k 0 es similar para grupos de reacciones Resolucion del modelo: MatLab α = m 0 m m 0 m f dα dt = E ke RT 1 α n k = k 0 exp ( E A RT ) Açıkalın J Therm Anal Calorim. v 109, 227 Várhegyi Energy and Fuels, v 16, 724.

12 Modelo de Energía de Activación Distribuida Señal (DTA o intensidad de masa ): Ecuación cinética dx j t, E dt Y calc dx j t = c j dt Si a una función de distribución D es asumido por E para cada grupo de reacciones, entonces x j es: M j=1 = A j e E/RT t X j t, E x j t = D j E X j t, E de 0 La integral es evaluada como: N x j t 1 2 π 1/2 w i exp 0.75 X j t, μ ij i=1 Várhegyi J. Anal. Appl. Pyrolysis, v 86, 310. Várhegyi Energy and Fuels, v 16, 724. μ j = 2 E E 0,j 2σ j

13 Resultados

14 Resultados

15 Resultados

16 Resultados masa/carga Posible molécula masa/carga Posible molécula 2 H 2 31 CH3O 12 C 32 O2, CH4O 14 CH 2 40 C3H CO 2, C 3 H 8 18 H 2 O 46 NO2 26 C 2 H 2, CN 53 C7H6O CO, C 2 H 4 55 C3H3O-, C4H HCHO + (CH 3 NH +,NO + ), C 2 H 6 58 C2H2O2, C3H6O, C4H10

17 Resultados

18 Resultados

19 Conclusiones Nuevos datos sobre la devolatilización térmica de Manihot Esculenta lo que permite optimizar el proceso Se observan un evento térmico el cual corresponde a la pirolisis de la holocelulosa Muchos fragmentos de moléculas corresponden a sus respectivas señales m/z, fueron identificados

20 Bibliografía 1. GRANADA E, EGUÍA P, COMESAÑA J, PATIÑO D, PORTEIRO J, MIGUEZ J. DEVOLATILIZATION BEHAVIOUR AND PYROLYSIS KINETIC MODELLING OF SPANISH BIOMASS FUELS. J THERM ANAL CALORIM. 2013;113(2): VAN DE VELDEN M, BAEYENS J, BREMS A, JANSSENS B, DEWIL R. FUNDAMENTALS, KINETICS AND ENDOTHERMICITY OF THE BIOMASS PYROLYSIS REACTION. RENEWABLE ENERGY. 2010;35(1): MUNIR S, DAOOD S, NIMMO W, CUNLIFFE A, GIBBS B. THERMAL ANALYSIS AND DEVOLATILIZATION KINETICS OF COTTON STALK, SUGAR CANE BAGASSE AND SHEA MEAL UNDER NITROGEN AND AIR ATMOSPHERES. BIORESOUR TECHNOL. 2009;100(3): SANCHEZ-SILVA L, LÓPEZ-GONZÁLEZ D, VILLASENOR J, SANCHEZ P, VALVERDE J. THERMOGRAVIMETRIC MASS SPECTROMETRIC ANALYSIS OF LIGNOCELLULOSIC AND MARINE BIOMASS PYROLYSIS. BIORESOUR TECHNOL. 2012;109: HUANG Y, KUAN W, CHIUEH P, LO S. PYROLYSIS OF BIOMASS BY THERMAL ANALYSIS MASS SPECTROMETRY (TA MS). BIORESOUR TECHNOL. 2011;102(3): WANG S, GUO X, WANG K, LUO Z. INFLUENCE OF THE INTERACTION OF COMPONENTS ON THE PYROLYSIS BEHAVIOR OF BIOMASS. J ANAL APPL PYROLYSIS. 2011;91(1): STENSENG M, JENSEN A, DAM-JOHANSEN K. INVESTIGATION OF BIOMASS PYROLYSIS BY THERMOGRAVIMETRIC ANALYSIS AND DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY. J ANAL APPL PYROLYSIS. 2001;58: HE F, YI W, BAI X. INVESTIGATION ON CALORIC REQUIREMENT OF BIOMASS PYROLYSIS USING TG DSC ANALYZER. ENERGY CONVERS MANAGE. 2006;47(15): JEGUIRIM M, TROUVÉ G. PYROLYSIS CHARACTERISTICS AND KINETICS OF< I> ARUNDO DONAX USING THERMOGRAVIMETRIC ANALYSIS. BIORESOUR TECHNOL. 2009;100(17): VÁRHEGYI G. AIMS AND METHODS IN NON-ISOTHERMAL REACTION KINETICS. J ANAL APPL PYROLYSIS. 2007;79(1): ALBIS A, ORTIZ E, SUÁREZ A, PIÑERES I. TG/MS STUDY OF THE THERMAL DEVOLATIZATION OF COPOAZÚ PEELS (THEOBROMA GRANDIFLORUM). J THERM ANAL CALORIM. 2014;115(1):

21 Agradecimientos