Каталитический быстрый пиролиз сухой древесины повышает выход ароматических углеводородов в биомаслах. В данном исследовании применялся Py-GC/MS для получения широкого спектра ароматических углеводородов из сухой древесины, полистирола и сухой древесины (TW)/полистирола (PS) с цеолитным катализатором и без него. Исследовано влияние температуры на пиролиз в присутствии полистирола и катализатора на выход и природу ароматических углеводородов.
Экспериментальные результаты показали, что химический состав продуктов пиролиза TW существенно отличается от химического состава продуктов пиролиза TW/PS и TW/PS/катализаторов.
Наличие PS значительно снизило выход оксигенизированных фенольных соединений и дало больше ароматических углеводородов по сравнению с TW. Более двадцати ароматических углеводородов были введены в пиролиз TW/PS и TW/PS/катализатор в связи с наличием PS. Наибольший выход ароматических углеводородов в образцах сопиролиза был получен при температуре 600 C, но при более высоких температурах выход большинства углеводородов несколько снизился. Установлено, что основные ароматические углеводороды оказывают большое влияние на выход продукции пиролиза: Стирол; а-метилстирол; 2-фенил-1,2,3,4-тетрагидронафталин; дифенилпропан и производные дифенилбутана. Большинство ароматических углеводородов, исследованных в данной работе, предполагалось получать с помощью механизма реакции со свободными радикалами.
Биомасса может стать единственным возобновляемым источником энергии которая может быть использована в качестве альтернативы добычи углеводородного топлива. В отличие от ископаемого топлива, биомасса образуется и собирается ежегодно, она может обеспечить бесперебойную подачу энергии. Биомасса также является чистым и углеродно-нейтральным источником энергии, так как углерод рециклируется из атмосферы. В США потенциальная количество биомассы составляет до 1,3 млрд. тонн в год, что может заменить значительную часть текущего потребления нефти. Биомасса - это сложное вещество, она основном состоит из углеводов и лигнина, с высоким содержанием воды кислорода, а также она имеет низкую насыпную плотность и теплотворную способность. Эти свойства препятствуют его широкому использованию. Некоторые технологии используется для перевода биомассы на высокоэнергетические виды топлива в форме твердых частиц, жидкостей и газов. Эти технологии включают сушку, пиролиз, сжижение, сбраживание, ферментация биомассы до этанола и т.д. Среди этих процессов - пиролиз и сушка получают все большее внимание в качестве стратегии для производства биотоплива из возобновляемых источников.
Быстрый пиролиз быстро превращает органическую биомассу в жидкие продукты и газ при отсутствии кислорода. Эта простая и недорогая технология может преобразовывать различные виды сырья, такие как сельскохозяйственные и лесные отходы, в биотопливо и химические вещества с добавленной стоимостью. Биотопливо, получаемое из биомассы, оказывает положительное влияние на выбросы парниковых газов по сравнению с нефтяным транспортным топливом. Благодаря перечисленным выше преимуществам, быстрый пиролиз считается преобладающим потенциалом методом для замещения топлива и химических веществ на нефтяной основе. Каталитический быстрый пиролиз (CFP) является одной из наиболее перспективных технологий получения ароматических углеводородов из твердой биомассы. Наличие катализатора увеличивает выход ароматических био-масел в результате разрыва CC-связи, связанного с гидролизом, декарбонилированием, и декарбоксилированием. Среди всех использованных катализаторов цеолит (HZSM-5) оказался особенно привлекателен благодаря своей эффективности в следующих областях увеличение количества ароматических углеводородов путем селективной деоксигенации паров пиролиза. HZSM-5 имеет трехмерную поровую структуру с размером пор 5,5-5,6 А, что делает его пригодным для добычи углеводородов. HZSM-5 также имеет короткий срок использования и низкую углеродную эффективность. Гидролиз был обнаружен в реакции, с использованием катализатора HZSM-5 и он дал снижение содержания водорода, ведущее к образованию кокса. Включение углеродосодержащих реагентов в каталитическую скорость пиролиза с цеолитом может исправить вышеуказанные проблемы.
Соединения, получаемые из CFP биомассы, имеют сложный состав, высокое содержание кислоты и воды, низкую теплотворную способность и нестабильность хранения. Предварительная обработка биомассы перед быстрым пиролизом была определена как один из наиболее перспективных методов повышения качества жидкого биомасла. До начала быстрого пиролиза было исследовано несколько методов предварительной обработки, включая выщелачивание воды, предварительную обработку разбавленной кислотой и щелочью, а также обработку горячей сжатой водой. Фракционирование сушки также можно рассматривать как потенциальную предварительную обработку перед быстрым пиролизом биомассы. Сушка представляет собой процесс мягкого пиролиза, который происходит при температуре около 200-300 C в отсутствие кислорода. Этот температурный диапазон выборочно разлагает фракцию гемицеллюлозы, поскольку термическая стабильность компонентов биомассы находится в порядке: целлюлоза > лигнин > гемицеллюлоза. Это позволит увеличить выход ароматических углеводородов, поскольку целлюлоза и лигнин могут давать относительно более высокие ароматические выходы по сравнению с гемицеллюлозами. Сушка может также значительно снизить содержание кислорода в биомасле, теряя CO, CO2, H2O и удаляя кислотные компоненты, такие как уксусная кислота, что в свою очередь увеличит теплотворную способность предварительно обработанной биомассы. Еще одним преимуществом является уменьшение энергии, необходимой для измельчения подсушенной биомассы, в три-семь раз ниже, чем для сырья.