Time-Dependent Analysis of Catalytic Biomass Pyrolysis in a Continuous Drop Tube Reactor: Evaluating HZSM-5 Stability and Product Evolution
Analyse temporelle de la pyrolyse catalytique de biomasse dans un réacteur tubulaire continu : évaluation de la durabilité du HZSM-5 et des transformations des produits
Résumé
This study investigates a continuous deoxygenation of bio-oil vapor in a catalytic fixed-bed reactor coupled to a continuous drop tube reactor (DTR) for biomass pyrolysis. Beech wood pyrolysis was initially examined without catalysts at various temperatures (500–600 °C). The products were characterised using GC-MS, Karl Fischer titration, GC-FID/TCD, and thermogravimetric analysis. The highest bio-oil yield (58.8 wt.%) was achieved at 500 °C with a 500 mL/min N2 flow rate. Subsequently, ex situ catalytic pyrolysis was performed using an HZSM-5 catalyst in a fixed-bed reactor at a DTR outlet, operating at 425 °C, 450 °C, and 500 °C. The HZSM-5 catalyst exhibited declining deoxygenation efficiency over time, which was evidenced by decreasing conversion rates of chemical families. Principal component analysis was employed to interpret the complex dataset, facilitating a visualisation of the relationships between the experimental conditions and product compositions. This study highlights the challenges of continuous operation as experimental durations were limited to 120 min due to clogging issues. This research contributes to understanding continuous biomass pyrolysis coupled with catalytic deoxygenation, providing insights into the reactor configuration, process parameters, and catalyst performance crucial for developing efficient and sustainable biofuel production processes.
Résumé
Cette étude explore la désoxygénation continue des vapeurs d’huiles pyrolytiques dans un réacteur catalytique à lit fixe couplé à un réacteur tubulaire à chute libre (DTR) pour la pyrolyse de biomasse. La pyrolyse du bois de hêtre a d'abord été étudiée sans catalyseur à différentes températures (500–600 °C). Les produits ont été caractérisés par GC-MS, titration Karl Fischer, GC-FID/TCD et analyse thermogravimétrique. Le rendement maximal en bio-huile (58,8 % en poids) a été obtenu à 500 °C avec un débit de N2 de 500 mL/min. Par la suite, une pyrolyse catalytique ex situ a été réalisée avec un catalyseur HZSM-5 dans un réacteur à lit fixe connecté à la sortie du DTR, fonctionnant à 425 °C, 450 °C et 500 °C. Le catalyseur HZSM-5 a montré une diminution de son efficacité de désoxygénation au fil du temps, mise en évidence par une baisse des taux de conversion des familles chimiques. Une analyse en composantes principales a été utilisée pour interpréter le jeu de données complexe, facilitant la visualisation des relations entre les conditions expérimentales et les compositions des produits. Cette étude met en évidence les défis liés à un fonctionnement continu, la durée des expériences ayant été limitée à 120 minutes en raison de problèmes d’encrassement. Cette recherche contribue à la compréhension de la pyrolyse continue de la biomasse couplée à une désoxygénation catalytique, en fournissant des informations sur la configuration des réacteurs, les paramètres de procédé et les performances du catalyseur, essentielles au développement de processus efficaces et durables pour la production de biocarburants.
Mots-clés : pyrolyse continue ; bois de hêtre ; réacteur tubulaire à chute libre ; réacteur catalytique à lit fixe ; traitement de désoxygénation ; HZSM-5
Mots clés
Mohabeer
C. Boutamine
Z. Abdelouahed
L. Maarawi
A. Taouk
B. Time-Dependent Analysis of Catalytic Biomass Pyrolysis in a Continuous Drop Tube Reactor: Evaluating HZSM-5 Stability and continuous pyrolysis beech wood drop tube reactor fixed-bed catalytic reactor deoxygenation treatment HZSM-5
C.
Boutamine
Z.
Abdelouahed
L.
Maarawi
A.
Taouk
B. Time-Dependent Analysis of Catalytic Biomass Pyrolysis in a Continuous Drop Tube Reactor: Evaluating HZSM-5 Stability and continuous pyrolysis
beech wood
drop tube reactor
fixed-bed catalytic reactor
deoxygenation treatment
HZSM-5
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