Giudicianni, Paola (2006) Composizione chimica e caratteristiche di combustione dei liquidi derivati da pirolisi di biomasse. [Tesi di dottorato] (Unpublished)

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Item Type: Tesi di dottorato
Uncontrolled Keywords: Bio-oli, Caratterizzazione chimica, Combustione
Date Deposited: 31 Jul 2008
Last Modified: 30 Apr 2014 19:24
URI: http://www.fedoa.unina.it/id/eprint/1046

Abstract

[ITALIANO] Gli oli di pirolisi (bio-oli) sono utilizzati in applicazioni statiche per la generazione di energia elettrica. Studi precedenti hanno contribuito ad una caratterizzazione chimica dei bio-oli estesa, ma parziale. Gli studi di combustione, invece, hanno analizzato il comportamento insolito di tali oli solo da un punto di vista fenomenologico. Lo scopo di questa tesi è quello di fornire una caratterizzazione il più possibile dettagliata dei bio-oli utilizzando di diverse tecniche analitiche (GC/MS e HPLC) e di mostrare l’influenza di alcuni parametri operativi (natura della biomassa), sulla loro composizione chimica. Infine si propone un primo tentativo di correlazione fra composizione dei bio-oli e comportamento in combustione. Natura e composizione chimica della biomassa determinano la composizione dei bio-oli. Gli hardwoods producono prevalentemente acidi carbossilici, mentre gli zuccheri sono le specie più abbondanti nei liquidi derivati da softwoods. Gli hardwoods producono sia guaiacoli che siringoli, mentre i softwoods forniscono unicamente guaiacoli. Gli studi di combustione sono effettuati in condizioni di controllo cinetico e in condizioni di controllo dei fenomeni di trasporto. Dai primi emerge che gli zuccheri derivanti dall’olocellulosa, non solo la lignina pirolitica, contribuiscono alla formazione di char secondario. Nella combustione di singola goccia si susseguono 4 fasi: riscaldamento, devolatilizzazione microesplosiva, combustione omogenea, combustione eterogenea. I tempi e le temperature di riscaldamento variano linearmente col del diametro iniziale della goccia. La nucleazione delle sacche di vapore è fortemente dipendente dal contenuto d’acqua. Il contenuto di volatili ha una duplice influenza sui tempi di ignizione: il loro maggiore contenuto allunga i tempi di evaporazione e al tempo stesso riduce la viscosità del liquido favorendo le microesplosioni e riducendo i tempi di evaporazione della goccia madre. La resa di residuo solido dipende dall’entità delle microesplosioni, mentre le differenti condizioni di riscaldamento non influenzano il rapporto fra volume della cenosfera e volume iniziale della goccia. / [ENGLISH]Liquids derived by biomass pyrolysis (bio-oils) are used for industrial applications for energy and power generation. Previous works gave an important but incomplete contribution to their chemical characterization. Furthermore their combustion behaviour has been analyzed only with regard to fenomenological aspects. This work is devoted to supply an extensive chemical characterization of bio-oil applying different analytical techniques (GC/MS e HPLC) and to highlight the influence of some operative variables (e.g. initial biomass) on their chemical composition. A first attempt to correlate chemical composition and combustion behaviour is also carried out. The results obtained show that biomass nature affects strongly the chemical composition of bio-oils. Hardwoods cellulose produces mostly carboxylic acids whilst lignin gives guaiacols and syringols. On the contrary carbohydrates are the main compounds derived by the pyrolysis of softwoods cellulose; softwoods lignin produces only negligible amounts of syringols. Combustion experiments are carried out in conditions of both kinetic (thermogravimetric analysys) and transfer phenomena control (single drop combustion). Thermogravimetric analyses show that carbohydrates derived from olocellulose pyrolysis and not only pyrolytic lignin lead to the formation of secondary char. In the single drop combustion four steps are observed: drop heating, microexplosive devolatilization, gas phase homogeneous combustion, heterogeneous combustion. Heating times and temperatures depend linearly on the initial drop diameter. The nucleation of vapour bubbles is strongly influenced by water content. The presence of volatile species has two opposite effects on the drop vaporization time: a high volatiles content is responsible of longer vaporization times, but at the same time it lowers liquid viscosity enhancing the microexplosive events. The mass yield of solid residue depends on the miceoexplosive events whilst the heating conditions do not affect its volumetric yield.

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