Nghiên cứu xác định thông số động học của quá trình nhiệt phân nhanh bột gỗ trong lò tầng sôi

Nghiên cứu xác định thông số động học của quá trình nhiệt phân nhanh bột gỗ trong lò tầng sôi trình bày xác định được thời gian và thông số động học của phản ứng nhiệt phân nhanh bột gỗ bằng cách kết hợp phương pháp giải tích và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên hệ thống thiết bị nhiệt phân nhanh bằng công nghệ tầng sôi có năng suất 500 g/h.

Phạm Duy Vũ, Trần Văn Vang, Hoàng Ngọc Đồng, Huỳnh Ngọc Hùng 20 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN NHANH BỘT GỖ TRONG LỊ TẦNG SƠI RESEARCH ON KINEMATIC PARAMETERS OF FAST PYROLYSIS OF WOOD PULP IN THE FLUIDIZED BED REACTOR Phạm Duy Vũ, Trần Văn Vang, Hoàng Ngọc Đồng, Huỳnh Ngọc Hùng Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; phamduyvubk@gmail.com Tóm tắt - Thơng số động học (năng lượng hoạt hóa Ea,i hệ số trước hàm số mũ Ai) đóng vai trị quan trọng nghiên cứu q trình nhiệt phân nhanh sinh khối lị tầng sơi sản xuất dầu sinh học Đã có nhiều kết nghiên cứu xác định thông số động học bột gỗ thực nghiệm thiết bị phân tích nhiệt vi sai (TGA) Tuy nhiên, kết sử dụng xác cho q trình nhiệt phân chậm Trong nghiên cứu này, tác giả xác định thời gian thông số động học phản ứng nhiệt phân nhanh bột gỗ cách kết hợp phương pháp giải tích phương pháp nghiên cứu thực nghiệm hệ thống thiết bị nhiệt phân nhanh công nghệ tầng sơi có suất 500 g/h Kết nghiên cứu thu nhiệt phân bột gỗ là: Ea,g = 35,3 kJ/mol, Ag = 129 s-1; Ea,d = 43,9 kJ/mol; Ad = 1522 s-1; Ea,c = 20,8 kJ/mol; Ac = 21 s-1 Abstract - Kinetic parameters (activation energy, Ea,i and pre-exponential factor Ai) play a crucial role in improving the performance of biomass fast pyrolysis in fluidized bed rectors for bio-oil production There have been many experimental studies that investigate the kinetic parameters for biomass pyrolysis using thermogravimetric analysis (TGA) However, it is noted that this method is only applied to low pyrolysis In this paper, based on experimental studies on system of fast pyrolysis of biomass capacity of 500 g/h and the method analyzed, the author has determined kinematic parameters of fast pyrolysis reactor The results show that the kinetic parameters of fast pyrolysis wood pulp are Ea,g = 35,3 kJ/mol, Ag = 129 s-1; Ea,d = 43,9 kJ/mol; Ad = 1522 s-1; Ea,c = 20,8 kJ/mol; Ac = 21 s-1 Từ khóa - Thơng số động học; nhiệt phân nhanh; sinh khối; dầu sinh học; lò tầng sôi Key words - Kinetic parameters; fast pyrolysis; biomass; bio-oil; fluidized bed Đặt vấn đề Nhiệt phân q trình phân hủy tác động nhiệt mơi trường khơng có ơxy Sản phẩm q trình nhiệt phân sinh khối khí, rắn, lỏng Chất khí bao gồm khí H2, CO, CO2, CH4, C2H4, C2H2 [7, 8], khí sử dụng lại phần để cung cấp lượng cho trình nhiệt phân Chất rắn cốc sử dụng làm than hoạt tính phục vụ cơng nghiệp, đời sống Sản phẩm mong muốn trình nhiệt phân sinh khối lỏng gọi dầu sinh học thuận tiện cho vấn đề bảo quản vận chuyển, sử dụng nhiều ngành giao thông vận tải, cung cấp nhiệt, sản xuất điện Tỷ lệ thành phần loại sản phẩm phụ thuộc vào tốc độ gia nhiệt, nhiệt độ lò phản ứng, thời gian nhiệt phân Tùy thuộc vào tốc độ gia nhiệt thời gian nhiệt phân người ta phân thành trình nhiệt phân chậm, nhiệt phân trung bình nhiệt phân nhanh Trong đó, sản phẩm q trình nhiệt phân nhanh có hàm lượng dầu sinh học tạo cao [3] Khi thực trình nhiệt phân, thành phần sản phẩm thu phụ thuộc vào số tốc độ phản ứng ki; với ki = Aiexp[-Ea,i/(RT)] [6] Ki phụ thuộc vào thông số động học lượng hoạt hóa Ea,i số trước hàm số mũ Ai Qua cho thấy, sản phẩm q trình nhiệt phân phụ thuộc vào thơng số động học Tuy nhiên, việc xác định thông số động học phản ứng nhiệt phân nhanh nguyên liệu sinh khối vấn đề phức tạp, phụ thuộc vào kết nghiên cứu thực nghiệm, đặc biệt phụ thuộc nhiều vào khả thiết bị thí nghiệm Hiện nay, thông số động học trình nhiệt phân nhanh cho loại nguyên liệu chưa công bố đầy đủ, nhà nghiên cứu thường phải sử dụng thông số động học từ trình nhiệt phân chậm thiết bị thí nghiệm phân tích nhiệt trọng trường TGA với tốc độ gia nhiệt từ đến 30C/phút [4, 11] thông số động học sinh khối có tính chất vật lý gần giống với loại sinh khối họ nghiên cứu Chẳng hạn, q trình nghiên cứu mơ hình hóa thực nghiệm trình nhiệt phân nhanh sinh khối lị tầng sơi, Q Xue [12] sử dụng thông số động học từ kết nghiên cứu R.S Miller [16] thực nhiệt phân chậm với tốc độ gia nhiệt K/phút, 20 K/phút 80 K/phút Y Haseli nghiên cứu mơ hình hóa q trình nhiệt phân sinh khối phụ thuộc vào nhiệt độ lị tầng sơi, sử thơng số động học Front [13], [14] công bố sở nhiệt phân vỏ hạnh nhân lị tầng sơi; nhiên vỏ hạnh nhân lại loại nguyên liệu sinh khối không phổ biến loại sinh khối thông thường nghiên cứu bột gỗ, bã mía, rơm, trấu Zhongyang Luo [15], nghiên cứu mơ hình hóa nhiệt phân nhanh bột gỗ lị tầng sơi, sử dụng thông số động học Wai-Chun R Chan [10] thu thực điều kiện nhiệt phân chậm Ngồi ra, phần lớn thơng số động học nhiệt phân nhanh sinh khối thường tham khảo từ kết nghiên cứu J F Stubington S Aiman thiết bị nhiệt phân nhanh làm việc gián đoạn (batch reactor) [5] Vì vậy, để xác định xác thơng số vận hành độ tin cậy việc mơ hình hóa q trình nhiệt phân nhanh sinh khối lị tầng sôi cần phải, xác định thông số động học loại sinh khối từ số liệu thực nghiệm thu trực tiếp từ lò tầng sơi Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống thiết bị nhiệt phân nhanh sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu khác cho phép thu khối lượng loại sản phẩm dầu sinh học, chất rắn khí theo thơng số vận hành khác nhiệt độ, lưu lượng khí N2, đường kính hạt sinh khối Trong phạm vi báo này, kết tính tốn lý thuyết thời gian thực nhiệt phân p kết hợp với kết thực nghiệm khối lượng loại sản phẩm thu hồi mơ hình thí nghiệm sử ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 17, NO 5, 2019 dụng nguyên liệu bột gỗ có bán kính tương đương R = 0,5 mm cho phép xác định thông số động học q trình nhiệt phân nhanh lị tầng sơi Mơ hình tốn học 2.1 Xác định thời gian nhiệt phân hạt sinh khối Khảo sát hạt sinh khối xem hình cầu đồng chất với bán kính tương đương R = 3V/F, với V thể tích, F diện tích tồn phần hạt Các thông số vật lý giả thiết phân bố thể tích V khơng đổi thời gian khảo sát, là: nhiệt dung riêng Cp [J/kg.K], hệ số dẫn nhiệt  [W/m.K], khối lượng riêng  [kg/m3] hệ số khuếch tán nhiệt a = /Cp [m2/s] Nhiệt độ đầu t0 [oC] thực q trình nhiệt phân nhanh mơi trường khí nitơ có nhiệt độ tf > t0 hệ số tỏa nhiệt phức hợp α [W/m2.K] Khi tâm hạt sinh khối đạt nhiệt độ hạt sinh khối nhiệt phân đến tâm hạt (nhiệt độ phụ thuộc vào loại sinh khối, xác định thiết bị phân tích nhiệt vi sai TGA) Khi thời gian p để thực trình nhiệt phân xác định theo công thức [1]: t(r,τ)=t p =t f -(t f -t ) ci sin(n i y) i=1 ni y aτ p   exp  -n i2  R   (1) Trong đó: ci = 2(sinni - nicosni)/(ni - sinnicosni); ni nghiệm phương trình tgn = n/(1-Bi); Bi = R/, y = ms/mso; ms mso khối lượng sinh khối chưa tham gia phản ứng có sản phẩm rắn trình nhiệt phân khối lượng sinh khối ban đầu Từ phương trình (1), thời gian nhiệt phân p tính tốn gần theo phương pháp Newton 2.2 Mơ hình động học q trình nhiệt phân 2.2.1 Xác định mơ hình động học q trình nhiệt phân nhanh Động học phản ứng thực trình nhiệt phân sinh khối sử dụng theo mơ hình phản ứng hai giai đoạn (sơ cấp theo phản ứng k1, k2, k3 thứ cấp theo phản ứng k4, k5) thể sơ đồ Hình [10, 12]: k1 Sinh khối Khí khơng ngưng tụ k4 Khí khơng ngưng tụ k5 Cốc k2 Dầu sinh học k3 Cốc Hình Mơ hình phản ứng hai giai đoạn nhiệt phân sinh khối Sản phẩm trình nhiệt phân sinh khối gồm khí khơng ngưng (mg), chất bay ngưng tụ lại thành dầu sinh học (md) cốc (mc) Tùy thuộc vào thời gian lưu nhiệt độ mà sản phẩm khí ngưng tụ tiếp tục bị phân hủy thứ cấp tạo thành khí khơng ngưng chất rắn theo phản ứng k4 k5 Đây q trình khơng mong muốn làm giảm làm giảm hiệu thu hồi dầu sinh học Nghiên cứu thực nghiệm nhiệt phân nhanh cho thấy, hiệu thu hồi dầu sinh học cao nhiệt độ lò phản ứng từ 500 ÷ 510C, nhiệt độ lớn 510C hiệu thu hồi dầu giảm dần [5, 7] Điều giải thích rằng, nhiệt độ lị phản ứng tăng lên 510C, 21 phản ứng thứ cấp xảy làm cho phần dầu phân hủy thành khí cốc theo phản ứng k4 k5 Trong trình nhiệt phân nhanh, điều khiển thời gian lưu nhỏ thời gian nhiệt phân p điều khiển nhiệt độ lò nhỏ 510C bỏ qua phản ứng k4 k5 Trong trường hợp này, trình nhiệt phân nhanh đơn giản hóa theo mơ hình trình bày Hình Mơ hình Jacques Lédé [6] đề xuất nghiên cứu đặc điểm q trình nhiệt phân k1 Sinh khối Khí khơng ngưng tụ k2 Dầu sinh học k3 Cốc Hình Mơ hình phản ứng nhiệt phân nhanh Trên sở mơ hình động học Hình 2, tốc độ phân hủy sinh khối tốc độ tạo thành sản phẩm q trình nhiệt phân mơ tả phương trình sau [17]:  dm d  dτ =k ms   dm c =k ms   dτ  dm g =k1ms   dτ (2) Trong đó: -  = ms = ms0, md = mg = mc = 0; - Hằng số tốc độ phản ứng ki tuân theo định luật Arrhenius:  E  k i = A i exp  − a ,i   RT  Với: Ea,i: lượng hoạt hóa (J/mol), T: nhiệt độ Kelvin (K), R = 8,314 (J.K-1.mol-1), Ai: số trước hàm số mũ (s-1) - s, d, c g tương ứng với sinh khối, dầu, cốc khí; - Ai = const, Ea, i = const, R = const, T = const 2.2.2 Xác định khối lượng sản phẩm từ trình nhiệt phân số tốc độ phản ứng Để công việc thiết kế điều khiển trình nhiệt phân sinh khối sản xuất dầu sinh học có hiệu mong muốn cần xác định phụ thuộc khối lượng thành phần sản phẩm vào thông số động học thời gian nhiệt phân Việc xác định khối lượng sản phẩm trình nhiệt phân cách giải hệ phương trình (2) sử dụng điều kiện ban đầu  = ta nghiệm sau: ms (τ) = msoexp -(k1 + k + k3 )τ (3) mg (τ) = k1mso 1-exp -(k1 +k +k )τ (k1 + k + k ) (4) md (τ) = k mso 1-exp -(k1 +k +k )τ (k1 + k + k ) (5) mc (τ) = k 3mso 1-exp -(k1 +k +k )τ  (k1 + k + k ) (6) Phạm Duy Vũ, Trần Văn Vang, Hoàng Ngọc Đồng, Huỳnh Ngọc Hùng 22 Biến đổi phương trình (3) đến (6) ta được:   k m (τ)  1= g  k m d (τ)   k1 m g (τ) =   k m c (τ)   m (τ)   -ln  s    mso   k1 +k +k = τ (7) (8) (9) Thay giá trị mg, md, mc, ms từ kết nghiên cứu thực nghiệm thu thiết bị thí nghiệm lị tầng sơi  = p từ phương trình (1) vào hệ phương trình ta tìm giá trị số tốc độ phản ứng k1, k2 k3 Sau kết hợp đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuyến tính lnki 1/Ti với phương pháp hồi quy tuyến tính xác định lượng hoạt hóa Ea,i số trước hàm số mũ Ai Kết nghiên cứu thảo luận 3.1 Phương pháp tiến hành thí nghiệm thu hồi dầu sinh học từ sinh khối cơng nghệ nhiệt phân nhanh lị tầng sôi P2 P1 lượng khí khơng ngưng mg = mso – (mr + md) Khối lượng cốc mc = khối lượng chất rắn mr – khối lượng không phản ứng ms Trong đó, khối lượng khơng phản ứng ms xác định phương pháp thủy phân 3.2 Xác định thời gian p để nhiệt phân hết hạt liệu bán kính R cho trước 3.2.1 Thông số vật lý bột gỗ điều kiện nhiệt phân Sinh khối sử dụng thực nhiệt phân bột gỗ cao su Thông số vật lý thể Bảng Nhiệt độ ban đầu bột gỗ: t0 = 25oC Hệ số tỏa nhiệt [18]: α = 350 W.m-2.K-1 Bảng Các thông số vật lý bột gỗ Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Khối lượng riêng p Độ ẩm φ Giá trị kg/m3 705 0,07 Nhiệt dung riêng Cpb J/kg.K 1500 Hệ số dẫn nhiệt bột gỗ b W/mK 0,1 a m2/s 9,52x10-8 Hệ số khuếch tán nhiệt 3.2.2 Tính thời gian nhiệt phân nhanh bột gỗ lò tầng sôi nhiệt độ phản ứng tf = 450, 475 500oC Theo kết nghiên cứu thực nghiệm nhiệt phân bột gỗ lị tầng sơi nhiệt độ tf = 450, 475 500oC lượng bột gỗ không tham gia nhiệt phân y = 20%, 15% 11% [1] Tính tốn đại lượng ni ci công thức (1) tương ứng với tf = 450, 475, 500 oC sử dụng phương pháp xác định nghiệm theo phương pháp gần Newton với sai số đến  = 10-6 ta tính thời gian nhiệt phân cho hạt bột gỗ với bán kính R khác Kết tính tốn thời gian nhiệt phân theo Bảng Bảng Thời gian nhiệt phân p (s) theo bán kính R Hình Sơ đồ nguyên lý hệ thống sản xuất dầu sinh học từ sinh khối công nghệ nhiệt phân nhanh lị tầng sơi [1] 1: Bộ gia nhiệt; 2: Vít tải liệu; 3: Bình chứa liệu; 4: Lị phản ứng; 5: Cyclone, 6: Bình ngưng R, mm tf, oC 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 450 0,59 0,80 1,03 1,28 1,56 1,86 Hiện nay, nhóm nghiên cứu thiết kế chế tạo lắp đặt hoàn chỉnh hệ thống thu hồi dầu sinh học từ sinh khối công nghệ nhiệt phân nhanh lị tầng sơi Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng với suất G = 500 g/h (Hình 3) Hệ thống lắp đặt thiết bị đo lường để kiểm soát thơng số áp suất, lưu lượng khí nitơ, nhiệt độ bên lị phản ứng, trở lực tầng sơi Thiết bị điều khiển tự động bao gồm: sử dụng biến tần điều chỉnh tốc độ động cung cấp lượng sinh khối theo yêu cầu lượt thí nghiệm, sử dụng thermostat điều chỉnh nhiệt độ bên thân lị, thời gian thí nghiệm cho lượt thí nghiệm Số liệu thí nghiệm tính trung bình cho lượt thí nghiệm Mơ tả chi tiết hệ thống thí nghiệm thể [1] Việc xác định khối lượng sản phẩm q trình nhiệt phân từ thiết bị thí nghiệm sau: khối lượng chất rắn (mr) khối lượng dầu (md) xác định thiết bị đo khối lượng Mettler Toledo Trong đó, khối lượng chất rắn (mr) bao gồm khối lượng cốc hình thành từ trình nhiệt phân (mc) lượng sinh khối lại khơng tham gia vào q trình nhiệt phân ms Từ suy khối 475 0,56 0,77 1,00 1,25 1,53 1,83 500 0,54 0,74 0,97 1,21 1,49 1,79 Từ kết tính Bảng ta thấy, thời gian thực nhiệt phân nhanh bột gỗ có bán kính tương đương R = 0,5 mm nhiệt độ lò phản ứng tf = 450, 475 500 ºC 0,8; 0,77 0,74 s Kết sở cho việc tính tốn thơng số động học, điều khiển tốc độ khí nitơ nhằm đảm bảo trì lớp sơi đảm bảo khơng có phản ứng thứ cấp k4, k5 3.3 Xác định thông số động học nhiệt phân nhanh bột gỗ 3.3.1 Các kết thí nghiệm hiệu thu hồi sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ lò phản ứng Bột gỗ sử dụng thí nghiệm nhiệt phân nhanh lị tầng sơi phân tích với thành phần hóa học hemicellulose 20,5%, cellulose 41,5% ligin 27% Bột gỗ phơi khô, tuyển chọn cỡ ray tiêu chuẩn có kích cỡ trung bình 0,5 ÷ 0,75 mm sấy tới độ ẩm 7% Mỗi đợt thí nghiệm tương ứng với giá trị nhiệt độ tâm lị ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 17, NO 5, 2019 tf = 450, 470, 500 C lưu lượng khí nitơ cấp 25 lít/phút Kết thí nghiệm khối lượng loại sản phẩm thu hồi phụ thuộc vào nhiệt độ lò tf thu thể Bảng o Bảng Kết thí nghiệm hiệu thu hồi loại sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ lò tf [1] Nhiệt độ, C  (s) 450 0,78 198 230 72 0,20 130 475 0,77 228 198 74 0,15 128 500 0,74 244 175 81 0,11 125 md (g) mr (g) mg (g) Bảng Giá trị Ea, i Ai trình nhiệt phân nhanh bột gỗ lị tầng sơi Tốc độ phản ứng Năng lượng hoạt hóa Ea,i (J/mol) Hằng số trước hàm số mũ Ai (s-1) k1 35,3 × 103 129 103 1522 ms (τ) ms0 mc (g) k2 43,9 × k3 20,8 × 103 3.3.2 Xác định số tốc độ phản ứng k1, k2, k3 Thay đại lượng mg, md, mr, ms()/mso thu từ kết thí nghiệm Bảng thời gian p tương ứng với tf = 450, 475 500 oC Bảng vào phương trình (7) ÷ (9), giải phương trình tìm nghiệm k1, k2, k3 thể Bảng Bảng Giá trị số tốc độ phản ứng tương ứng với nhiệt độ lò phản ứng tf Nhiệt độ lò phản ứng tf, C k1 [s-1] k2 [s-1] k3 [s-1] 450 0,371 1,021 0,671 475 0,429 1,320 0,741 500 0,544 1,638 0,839 3.3.3 Xác định thông số động học nhiệt phân bột gỗ lị tầng sơi Từ kết tính giá trị số tốc độ phản ứng Bảng 4, ta thiết lập quan hệ lnki 1/T thể Hình Hình Quan hệ lnki 1/T bột gỗ Trên hệ trục tọa độ lnki 1/T Hình 4, tương ứng với giá trị nhiệt độ phản ứng T = 723 K, 748 K 773 K xác định điểm (lnki, 1/T) Sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính xác định phương trình bậc qua điểm là: lnk1 = -4244,9/T + 4,8634 (10) với hệ số xác R2 = 0,9739; lnk2 = -5280/T + 7,3281 (11) với hệ số xác R2 = 0,999 lnk3 = -2499,5/T + 3,0525 (12) với hệ số xác R2 = 0,9936 Mặt khác, theo Arrhenius số tốc độ phản ứng ki phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình:  E  E k i =A i exp  - a,i  , suy ra: ln k i = ln A i − a ,i (13) RT RT   Kết hợp phương trình từ (10) đến (13) xác định thơng số động học q trình nhiệt phân nhanh nguồn nguyên liệu bột gỗ thể Bảng 23 21 Nhận xét: - Theo kết nghiên cứu Rafael Font cộng [14] cho thấy lượng hoạt hóa Ea,i thực phản ứng nhiệt phân sinh khối sinh loại khí dầu sinh học có giá trị khoảng từ 14,6 đến 227 kJ/mol Từ cho thấy, kết xác định lượng hoạt hóa q trình nhiệt phân nhanh bột gỗ lị tầng sơi sở kết hợp phương trình động học, phương trình trường nhiệt độ kết nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu có giá trị từ 20,8 đến 43,9 kJ/mol hoàn toàn phù hợp - Việc phân hủy sinh khối trình nhiệt phân chấp nhận xảy theo giai đoạn nối tiếp nhau: (i) truyền nhiệt, (ii) phân hủy sinh khối liên quan đến việc cắt đứt liên kết hóa học (iii) khuếch tán sản phẩm khỏi bề mặt sinh khối; giai đoạn chậm định tốc độ giá trị lượng hoạt hóa tồn q trình nhiệt phân Theo kết nghiên cứu Bảng ta thấy, lượng hoạt hóa q trình nhiệt phân nhanh có giá trị từ 20,8 đến 43,9 kJ/mol nhỏ so với lượng cắt đứt liên kết hóa học C-H, C-C, C-OH thực q trình nhiệt phân (có giá trị từ 63 đến 335 kJ/mol [19]) Mặt khác, lượng hoạt hóa q trình khuếch tán có giá trị từ đến 12 kJ/mol [20] nhỏ giá trị lượng hoạt hóa thu từ kết nghiên cứu Từ việc so sánh cho thấy, khoảng giá trị lượng hoạt hóa q trình nhiệt phân nhanh tìm nghiên cứu giai đoạn truyền nhiệt Như vậy, truyền nhiệt giai đoạn chậm định đến tốc độ trình nhiệt phân nhanh Kết phân tích sở cho việc nghiên cứu nâng cao hiệu trình nhiệt phân nhanh cách tập trung nâng cao hiệu q trình truyền nhiệt từ mơi trường phản ứng đến bề mặt hạt sinh khối Kết luận Sử dụng phương trình (1) ta tính tốn thời gian nhiệt phân nhanh hạt biomass Với bột gỗ có bán kính tương đương R = 0,5 mm nhiệt độ lò phản ứng tf = 450, 475 500 ºC thời gian nhiệt phân nhanh 0,8; 0,77 0,74 s Kết sở cho việc tính tốn thơng số động học điều khiển tốc độ khí nitơ vừa đảm bảo trì lớp sơi đảm bảo khơng có phản ứng thứ cấp k4, k5 Kết hợp phương trình động học, kết tính tốn thời gian nhiệt phân với kết nghiên cứu thực nghiệm hệ thống thiết bị nhiệt phân nhanh sinh khối lị tầng sơi, tác giả xác định thông số động học sinh khối Kết nghiên cứu cho thấy lượng hoạt hóa Ea,i Ai tương ứng với phản ứng: sinh khối nhiệt phân thành khí khơng ngưng là: Ea,g = 35,3 kJ/mol, Phạm Duy Vũ, Trần Văn Vang, Hoàng Ngọc Đồng, Huỳnh Ngọc Hùng 24 Ag = 129 s ; sinh khối nhiệt phân thành dầu là: Ea,d = 43,9 kJ/mol; Ad = 1522 s-1; sinh khối nhiệt phân thành cốc là: Ea,c = 20,8 kJ/mol; Ac = 21 s-1 Kết nghiên cứu sở để nghiên cứu nâng cao hiệu trình nhiệt phân nhanh bột gỗ sản xuất dầu sinh học -1 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Duy Vũ, Luận án tiến sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu trình nhiệt phân biomass sản xuất nhiên liệu sinh học”, 2018 [2] Phạm Duy Vũ, Hoàng Dương Hùng, Nguyễn Bốn, “Nghiên cứu trường nhiệt độ không ổn định tìm cỡ hạt liệu để nhiệt phân biomass sản xuất dầu sinh học”, Tạp chí Năng lượng Nhiệt, 128-3/2016 [3] Bridgwater, A.V., Meier, D., Radlein, D., “An overview of fast pyrolysis of biomass”, Org Geochem., 1999, 30 pp 1479-1493 [4] Dong Kyun Seo, Sang Shin Park, Jungho Hwang, Tae-U Yu, “Study of the pyrolysis of biomass using thermo-gravimetric analysis (TGA) and concentration measurements of the evolved species” Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 89 (2010) 66–73 [5] J F Stubington, S Aiman, “Pyrolysis kinetics of bagasse at high heating rates”, Energy & Fuels, 1994, 8, 194-203 [6] Jacques Lédé & Olivier Authier, “Characterization of biomass fast pyrolysis Advantages and drawbacks of different possible criteria”, Biomass Conv Bioref (2011) 1:133–147 [7] Qingang Xiong; Soroush Aramideh, Song-Charng Kong, “Modeling effects of operating conditions on biomass fast pyrolysis in bubbling fluidized bed reactors”, Energy & Fuels, (27) 2013, 5948-5956 [8] C.Di Blasi, “Heat momentum and mass transport through a shrinking biomass particle exposed to thermal radiation”, Chemical Engineering Science 51 (1996) 1121-1132 [9] C.Di Blasi, “Modelling the fast pyrolysis of cellulosic particle in fluidbed reactors”, Chemical Engineering Science 55 (2000) 5999-6013 [10] Chan, W.R, Kelbon, M., Krieger, B.B, “Modelling and experimental verification of physical and chemical processes during pyrolysis of large biomass particale”, Fuel (1985), 64, 1505 - 1513 [11] Prakash Parthasarathy and Sheeba K Narayanan, 2013, “Determination of Kinetic Parameters of Biomass samples Using Thermogravimetric analysis”, Environmental Progress & Sustainable Energy, Vol.33, No [12] Q Xue, D Dalluge, T.J Heindel, R.O Fox, R.C Brown, “Experimental validation and CFD modeling study of biomass fast pyrolysis in fluidized-bed reactors”, Fuel 97 (2012) 757–769 [13] Y Haseli, J.A van Oijen, L.P.H de Goey, “Modeling biomass particle pyrolysis with temperature – dependent heat of reactions”, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 90 (2011) 140 – 154 [14] Rafael Font, Antonio Marcilla, Emilio Verdii, and Joaquin Devesa, “Kinetics of the Pyrolysis of Almond Shells and Almond Shells Impregnated with CoC12 in a Fluidized Bed Reactor and in a Pyroprobe 100”, Ind Eng Chem Res 1990, 29, 1846-1855 [15] Zhongyang Luo, Shurong Wang, Kefa Cen, “A model of wood flash pyrolysis in fluidied bed reactor”, Renewable Energy 30 (2005) 377 – 392 [16] Richard Steven Miller, J BELLAN, “A Generalized Biomass Pyrolysis Model Based on Surimposed Cellulose, Hemicellulose and Lignin Kinetic”, Combustion Science and Technology, 07/1997; 126(1-6):97-137 [17] Jacques Lédé & Olivier Authier, “Characterization of biomass fast pyrolysis Advantages and drawbacks of different possible criteria”, Biomass Conv Bioref (2011) 1:133–147 [18] K Papadikis, A.V Bridgwater, S Gu, “CFD modelling of the fast pyrolysis of biomass in fluidised bed reactors, Part B Heat, momentum and mass transport in bubbling fluidised beds”, Chemical Engineering Science 64 (2009) 1036 – 1045 [19] T L Cottrell (1958), The Strengths of Chemical Bonds, 2d ed., Butterworth, London [20] C.H Bamford, G.F.H Tipper, R.G Compton (1985), Diffusion – limited reactions, Elsevier Science Publishers B.V (BBT nhận bài: 02/4/2019, hoàn tất thủ tục phản biện: 20/5/2019) ... 3.3 Xác định thông số động học nhiệt phân nhanh bột gỗ 3.3.1 Các kết thí nghiệm hiệu thu hồi sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ lò phản ứng Bột gỗ sử dụng thí nghiệm nhiệt phân nhanh lị tầng sơi phân. .. phương trình động học, kết tính tốn thời gian nhiệt phân với kết nghiên cứu thực nghiệm hệ thống thiết bị nhiệt phân nhanh sinh khối lị tầng sơi, tác giả xác định thông số động học sinh khối Kết nghiên. .. RT RT   Kết hợp phương trình từ (10) đến (13) xác định thông số động học trình nhiệt phân nhanh nguồn nguyên liệu bột gỗ thể Bảng 23 21 Nhận xét: - Theo kết nghiên cứu Rafael Font cộng [14]