Estudio cinético del proceso de devolatilización de biomasa lignocelulósica mediante análisis termogravimétrico para tamaños de partícula de 2 a 19 mm

Abstract

RESUMEN: Con el objetivo de proporcionar herramientas que mejoren el diseño de los sistemas de gasificación/combustión de biomasa, y los modelos cinético-químicos de dichos procesos, se presenta un estudio de la cinética química asociada al proceso de devolatilización de biomasa mediante pruebas de termogravimetría utilizando tamaños de partícula que varían de 2 a 19 mm, y tasas de calentamiento de 10, 15 y 20 K/min. El desarrollo de este trabajo se justifica debido a que no hay resultados disponibles en la bibliografía que estudien tamaños superiores a 1 mm. Mediante el ajuste de los puntos experimentales utilizando un modelo de primer orden se determinan los parámetros de las constantes cinéticas (forma de Arrhenius). El estudio muestra que la energía de activación es directamente proporcional a la tasa de calentamiento y al tamaño de partícula, se comprueba que el proceso de descomposición térmica de la biomasa se da a temperaturas más altas con el aumento del tamaño de las partículas, debido a la importancia que toman los procesos de transferencia calor y masa. Los parámetros cinéticos calculados pueden ser utilizados en los modelos dimensionales del proceso de gasificación-combustión de biomasa, considerando el tamaño de las partículas intrínseco en la cinética.

ABSTARCT: A chemical kinetic study of the biomass devolatilization process is presented looking for to improve the design of the biomass gasification-combustion systems and their kinetics (dimensional) models. The study is carried out by means of thermogravimetric tests, with biomass size between 2 – 19 mm, and with the heating rate of 10, 15 and 20 K/min. This work is developed because there are not available results on the literature with biomass size bigger than 1 mm. The experimental points are fitted by means of a first order model, to calculate the parameters of the kinetic constants (Arrhenius form). The activation energy is proportional to the heating rate and the biomass size. It can be seen that the thermal decomposition of the biomass is gotten at higher temperatures; due to the transports phenomena (heat and mass) are more relevant. The kinetic parameters calculated can be used in the biomass gasificationcombustion dimensional models, in function of the biomass size, to improve the simulation results.