The fast pyrolysis characteristics of lignocellulosic biomass are investigated for a bubbling fluidized bed reactor by means of computational fluid dynamics (CFD). To simulate multiphase reacting flows for gases and solids, an Eulerian-Eulerian approach is applied. Attention is paid for the primary and secondary reactions affected by gas-solid flow field. From the result, it is scrutinized that fast pyrolysis reaction is promoted by chaotic bubbling motion of the multiphase flow enhancing the mixing of solid particles. In particular, vortical flow motions around gas bubbles play an important role for solid mixing and consequent fast pyrolysis reaction. Discussion is made for the time-averaged pyrolysis reaction rates together with time-averaged flow quantities which show peculiar characteristics according to local transverse location in a bubbling fluidized bed reactor.
The bio-oil produced from the fast pyrolysis of lignocellulosic biomass contains a high amount of oxygenates, causing variation in the properties of bio-oil, such as instability, high acidity, and low heating value, reducing the quality of the bio-oil. Consequently, an upgrading process should be recommended ensuring that these bio-oils are widely used as fuel sources. Catalytic fast pyrolysis has attracted a great deal of attention as a promising method for producing upgraded bio-oil from biomass feedstock. In this study, the fast pyrolysis of tulip tree was performed in a bubbling fluidized-bed reactor under different reaction temperatures, with and without catalysts, to investigate the effects of pyrolysis temperature and catalysts on product yield and bio-oil quality. The system used silica sand, ferric oxides (Fe2O3 and Fe3O4), and H-ZSM-5 as the fluidized-bed material and nitrogen as the fluidizing medium. The liquid yield reached the highest value of 49.96 wt% at 450 ℃, using Fe2O3 catalyst, compared to 48.45 wt% for H-ZSM-5, 47.57 wt% for Fe3O4 and 49.03 wt% with sand. Catalysts rejected oxygen mostly as water and produced a lower amount of CO and CO2, but a higher amount of H2 and hydrocarbon gases. The catalytic fast pyrolysis showed a high ratio of H2/CO than sand as a bed material.
Lee Sun-Hoon;Eom Min-Seop;Yoo Kyung-Seun;Lee Young-Soo;Kim Nam-Chan;Lee See-Hoon;Lee Jae-Goo;Kim Jae-Ho
Resources Recycling
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v.15
no.1
s.69
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pp.3-11
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2006
Fast pyrolysis of Quercus acutissima was carried out in a fluidized bed pyrolyser and then the physicochemical properities of obtained bio-oil were analyzed using GC/MS. The yields of bio-oil of Quercus acutissima and Larix leptolepis from a fluidized bed pyrolyzer were maximized at $350^{\circ}C\;and\;400^{\circ}C$, respectively. This is due to the difference or cellulose content between the two tree species. Above the optimum temperature, the yields of char and oil decreased as the reaction temperature increased, but the yield of gas-phase and water fraction increased. It is concluded that this phenomenon is occured by secondary pyrolysis in the free board. The feeding rate of the sample in a fluidized bed pyrolyser did not affect the yields and composition of products, because of a sufficient mixing between bed materials and sand.
A laboratory scale fluidized bed reactor was developed to treat the combustion characteristics of some fuels (wood, paper sludge, refuse derived fuel). The aims were to introduce the means of experiment and interpretation of the results and finally determine the particle characteristics on the pyrolysis and combustion process of the fuel. A single particle combustion process in the fluidized bed was closely observed. Understanding experimental facility characteristics and determining parameters were also carried out. The fuel combustion processes were observed by carbon conversion rate, recovery and mean carbon conversion time. They were estimated with the CO, $CO_2$ gas concentration monitored at the exit of the combustor. Fuel drying and pyrolysis process were governed by temperature distribution in the fuel particle. There was a significant overlap of the drying and devolatilization. However, transition process from devolatilization to char combustion seemed to be determined by mechanical solidity of the fuel particle after devolatilization process.
Lee, Yu Ri;Park, Hoon Chae;Choi, Myung Kyu;Choi, Hang Seok
Journal of Korea Society of Waste Management
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v.34
no.5
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pp.518-527
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2017
The development of renewable energy is currently strongly required to address environmental problems such as global warming. In particular, biomass is highlighted due to its advantages. When using biomass as an energy source, the conversion process is essential. Fast pyrolysis, which is a thermochemical conversion method, is a known method of producing bio-oil. Therefore, various studies were conducted with fast pyrolysis. Most studies were conducted under a lab-scale process. Hence, scaling up is required for commercialization. However, it is difficult to find studies that address the process analysis, even though this is essential for developing a scaled-up plant. Hence, the present study carries out the process analysis of biomass pyrolysis. The fast pyrolysis system includes a biomass feeder, fast pyrolyzer, cyclone, condenser, and electrostatic precipitator (ESP). A two-stage, semi-global reaction mechanism was applied to simulate the fast pyrolysis reaction and a circulating fluidized bed reactor was selected as the fast pyrolyzer. All the equipment in the process was modeled based on heat and mass balance equations. In this study, process analysis was conducted with various reaction temperatures and residence times. The two-stage, semi-global reaction mechanism for circulating fluidized-bed reactor can be applied to simulate a scaled-up plant.
Fast pyrolysis of medium-density fiberboard was carried out using a fluidized-bed reactor under various conditions to find an optimum pyrolysis condition. When the pyrolysis temperature was varied between $425^{\circ}C$ and $575^{\circ}C$, the maximum bio-oil yield of 52 wt% was obtained at $525^{\circ}C$. The quality of the bio-oil product increased with increasing pyrolysis temperature. Pyrolysis at a high temperature removed significant amounts of oxygenates and acids, producing more valuable species such as aromatics and phenolics. The main gaseous products were CO and $CO_2$. The yields of CO and $C_1-C_4$ hydrocarbons increased with increasing the pyrolysis temperature.
In this study, a bubbling fluidized bed pyrolyzer (0.076 m I.D. and 0.8 m high) was employed to investigate the fast pyrolysis characteristics of larch sawdust which is abundant in Korea. The effects of operation conditions, such as bed temperature ($350-550^{\circ}C$), fluidization velocity ratio ($U_o/U_{mf} $: 2.0-6.0) and feeding rate (2.2-7.0 g/min) on product yields and their chemical components were studied. The number of chemical compounds in the bio-oil decreased with the increasing bed temperature because of secondary pyrolysis. The effects of the Uo/Umf ratio and feeding rate on bio-oil compositions were relatively lower than those of the bed temperature.
Choi, Joon-Weon;Choi, Don-Ha;Cho, Tae-Su;Meier, Dietrich
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2006.06a
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pp.474-477
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2006
유동형 급속열분해기((fluidized bed type fast pyrolyzer, 용량 300g/h)를 이용하여 너도밤나무와 침엽수 흔합재(독일가문비나무/전나무, 50:50)로부터 바이오오일을 생산하였다. 목질바이오매스의 열분해는 약 $470{\pm}5^{\circ}C$에서 1-2초 간 진행되었다. 목질바이오매스의 열분해 생성물의 조성을 살펴보면, 너도밤나무는 바이오오일이 약 60%, 탄이 약 9% 피리 고 가스가 31% 가량 생산되었으며, 침엽수 혼합재는 49%의 바이오오일, 9%의 탄, 그리고 42% 가량의 가스가 생성되었다. 두 종류의 목질바이오매스에서 생산된 바이오오일에는 약 17-22% 가량의 수분이 포함되어 있었으며, 비중은 약 1.2kg/L 이었다. 바이오오일의 원소 조성은 탄소가 45%, 산소가 47% 수소가 7%, 그리 고 질소가 1% 로서 일반적 인 목질바이오매스와 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 그러나 화석자원에서 생산되는 오일류와 비교하여 산소함량은 매우 높았으나 황은 전혀 포함하고 있지 않았다. 바이오오일의 GC분석 결과 총 90여종의 고리형, 또는 비고리형 저분자량 화합물이 검출되었으며 이들의 함량은 바이오오일 전건중량의 31-33% 정도로 측정되었다.
Proceedings of the Korean Institute of Resources Recycling Conference
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2006.09a
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pp.15-32
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2006
Biomass had been attracted public attention as eco-friendly resource which not increases the greenhouse gas like carbon dioxide. In this study, it had been collected pyrolytic products such as bio-oil, char and pyrolytic gas from various biomass in a fluidized bed reactor which is one of the fast pyrolysis processes. To understand the characteristics of biomass pyrolysis, the variation of products yield and chemical composition was determined with various operating parameters like temperature, gas velocity($U_{0}/U_{mf}$) and bed height(L/D). In the optimum operating conditions, gas yield and water content was the lowest and concentration of guaiacols and syringols were the highest. The maximum yields of bio-oil was from 55% to 58% at $400^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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