Modelación cinética de pirólisis de biomasa

Abstract

La pirolisis de biomasa es un proceso de conversión termoquímica de importancia industrial y ecológica. Por tanto se requiere encontrar un modelo cinético de pirolisis de biomasa que permita un adecuado modelamiento, diseño, optimización y operación de reactores industriales. En el presente trabajo se realizó un estudio de la descomposición térmica de cuesco de palma y de sus componentes separados vía enzimática, para no afectar las características estructurares y químicas de los mismos, con el objetivo de encontrar un modelo cinético de pirolisis en un intervalo de tasas de calentamiento y modificación de los componentes. Se plantearon dos modelos cinéticos, el primero, un modelo de tres reacciones paralelas, irreversibles e independientes con el orden de reacción igual a 1 (3Rxn_1) y el segundo, un modelo de tres reacciones paralelas, irreversibles e independientes con el orden de reacción libre (3Rxn_n). Se utilizó el diseño de experimentos D-Optimalidad para reducir el intervalo de confianza de los parámetros cinéticos calculados y la validación de los modelos se realizó mediante la prueba de Fisher-Snedecor. Para la aplicación del diseño experimental se utilizó el método termogravimétrico (TGA) a diferentes tasas de calentamiento y para la optimización se plantearon funciones de máxima verosimilitud y se seleccionó el algoritmo bio-inspirado NSPSO para la solución de los problemas de optimización. Se encontró que el modelo 3Rxn_1 no pasó ninguna las pruebas de Fisher-Snedecor, mientras que el modelo 3Rxn_n pasó la prueba validación/identificación, pero no la prueba de repetición para las dos funciones objetivo utilizadas.

Abstract. Biomass pyrolysis is a fundamental thermochemical conversion process of industrial and ecological importance. Therefore it is required to find a kinetic model of biomass pyrolysis that allows for an adequate modelling, design, optimization and operation of industrial reactors. In the present work was carried out a study of the thermal decomposition of oil palm shell and its separate components by enzymatic action so as not to affect the structures and chemical characteristics of these with the aim of finding a pyrolysis kinetic model in a range of heating rates. We were proposed two kinetic models, the first, a model of three parallel reactions, irreversible and independent with order fixed and equal to 1 (3Rxn_1) and the second, a model of three parallel reactions, irreversible and independent with order free reaction (3Rxn_n) . We used the design of experiments D- optimality to reduce the confidence interval of the calculated kinetic parameters and model validation was performed by Fisher - Snedecor test. For the application of experimental design method was used thermogravimetric (TGA) at different heating rates and optimizing raised maximum likelihood functions and selected bio-inspired algorithm NSPSO for solving optimization problems. It was found that the model 3Rxn_1 did not pass any tests Fisher- Snedecor, while 3Rxn_n passed the test model validation / identification, but not the repetition test for the two objective functions used.