ISSN 2949-5946 · EISSN 2414-2158

Язык: ru

Статья: МЕХАНИЗМЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОЦЕССОВ КОНВЕРСИИ БИОМАССЫ (ОБЗОР) (2023)

Читать

Читать онлайн

Торрефикация и гидротермальная карбонизация — низкотемпературные термохимические способы конверсии биомассы в биоугль — углеродно-нейтральный аналог ископаемого угля. Биоугли в сравнении с необработанной биомассой отличаются гидрофобными свойствами, повышенной плотностью энергии и теплотворными способностями схожими с бурыми углями. Ключевым отличием двух методов обработки является присутствие в случае гидротермальной карбонизации значительного количества воды в качестве реакционной среды, а, следовательно, и механизмы образования биоугля будут различны для каждого процесса. В обзоре рассмотрены работы, посвященные особенностям низкотемпературной термообработки биомассы, а также закономерностям превращения структурных компонентов биомассы (целлюлоза, гемицеллюлозы, лигнин) характерным для торрефикации и гидротермальной карбонизации.

Ключевые фразы: БИОМАССА, гидротермальная карбонизация, торрефикация, биоуголь, гидрочар

Автор (ы): Куликова Майя Валерьевна, Крылова Алла Юрьевна, Крысанова Кристина Олеговна, Куликов Альберт Борисович, Максимов Антон Львович

Журнал: НАНОГЕТЕРОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ

Идентификаторы и классификаторы

УДК: 662.63. Древесина, растения и их части в качестве топлива
662.76. Газообразные топлива. Газогенераторы
66.09. Химико-технологические реакции. Отдельные химические и биохимические реакции

Для цитирования:

КУЛИКОВА М. В., КРЫЛОВА А. Ю., КРЫСАНОВА К. О., КУЛИКОВ А. Б., МАКСИМОВ А. Л. МЕХАНИЗМЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОЦЕССОВ КОНВЕРСИИ БИОМАССЫ (ОБЗОР) // НАНОГЕТЕРОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ. 2023. № 1, ТОМ 8

Текстовый фрагмент статьи

Список литературы

Shrestha B., le Brech Y., Ghislain T., Leclerc S., Carré V., Aubriet F., et al. A Multitechnique characterization of lignin softening and pyrolysis // ACS Sustain. Chem. Eng. 2017. V. 5. N 8. P. 6940–6949. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b01130
Chen D., Gao A., Cen K., Zhang J., Cao X., Ma Z. Investigation of biomass torrefaction based on three major components: Hemicellulose, cellulose, and lignin // Energy Convers. Manag. 2018. V. 169. P. 228–237. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.05.063
Ghodake G. S., Shinde S. K., Kadam A. A., Saratale R. G., Saratale G. D., Kumar M., et al. Review on biomass feedstocks, pyrolysis mechanism and physicochemical properties of biochar: State-of-the-art framework to speedup vision of circular bioeconomy // J. Clean. Prod. 2021.
V. 297. P. 126645. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126645
Kulikova M. V., Krylova A. Y., Zhagfarov F. G., Krysanova K. O. Animal biomass as a raw material for basic organic synthesis products // Chem. Technol. Fuels Oils. 2022. V. 58. N 2. P. 327–332.
https://doi.org/10.1007/s10553-022-01388-2
Kulikova M. V., Krylova A. Y., Zhagfarov F. G., Krysanova K. O., Lapidus A. L. Plant biomass as a raw material for producing basic organic sysnthesis products // Chem. Technol. Fuels Oils. 2022. V. 58. N 2. P. 320–326. https:// doi.org/10.1007/s10553-022-01387-3
Kundu K., Chatterjee A., Bhattacharyya T., Roy M., Kaur A. Thermochemical conversion of biomass to bioenergy: A review. 2018. P. 235–268. https://doi.org/10.1007/978-981-10-7518-6_11
Crombie K., Mašek O. Investigating the potential for a self-sustaining slow pyrolysis system under varying operating conditions // Bioresour. Technol. 2014. V. 162. P. 148–156.
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.03.134
Kloss S., Zehetner F., Dellantonio A., Hamid R., Ottner F., Liedtke V., et al. Characterization of slow pyrolysis biochars: effects of feedstocks and pyrolysis temperature on biochar properties // J. Environ. Qual. 2012. V. 41. N 4. P. 990–1000. https://doi.org/10.2134/jeq2011.0070
Moralı U., Şensöz S. Pyrolysis of hornbeam shell (Carpinus betulus L.) in a fixed bed reactor: Characterization of bio-oil and bio-char // Fuel. 2015. V. 150. P. 672–678.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.02.095
Van de Velden M., Baeyens J., Brems A., Janssens B., Dewil R. Fundamentals, kinetics and
endothermicity of the biomass pyrolysis reaction // Renew. Energy. 2010. V. 35. N 1. P. 232–242.
https://doi.org/10.1016/j.renene.2009.04.019
Patwardhan P. R., Dalluge D. L., Shanks B. H., Brown R. C. Distinguishing primary and
secondary reactions of cellulose pyrolysis // Bioresour. Technol. 2011. V. 102. N 8. P. 5265–5269.
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.02.018
Eom I. Y., Kim J. Y., Kim T. S., Lee S. M., Choi D., Choi I. G., et al. Effect of
essential inorganic metals on primary thermal degradation of lignocellulosic biomass
// Bioresour. Technol. 2012. V. 104. P. 687–694. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.10.035
Wang Z., McDonald A. G., Westerhof R. J. M., Kersten S. R. A., Cuba-Torres C. M., Ha S.,
et al. Effect of cellulose crystallinity on the formation of a liquid intermediate and on product
distribution during pyrolysis
// J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2013. V. 100. P. 56–66. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2012.11.017
Fang Z., Gao Y., Bolan N., Shaheen S. M., Xu S., Wu X., et al. Conversion of biological solid
waste to graphene- containing biochar for water remediation: A critical review // Chem. Eng. J.
V. 390. P. 124611. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.124611
Wang S., Dai G., Yang H., Luo Z. Lignocellulosic biomass pyrolysis mechanism: A
state-of-the-art review // Prog. Energy Combust. Sci. 2017. V. 62. P. 33–86. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2017.05.004
Yu J., Paterson N., Blamey J., Millan M. Cellulose, xylan and lignin interactions during pyrolysis of lignocellulosic biomass // Fuel. 2017. V. 191. P. 140–149.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.11.057
Dhyani V., Bhaskar T. A comprehensive review on the pyrolysis of lignocellulosic biomass //
Renew. Energy. 2018. V. 129. P. 695–716. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.04.035
Yogalakshmi K. N., Poornima D. T., Sivashanmugam P., Kavitha S., Yukesh Kannah R., Sunita
Varjani S., et al. Lignocellulosic biomass-based pyrolysis: A comprehensive review //
Chemosphere. 2022. V. 286. N 2. P. 131824. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131824
Leng E., Guo Y., Chen J., Liu S., E J., Xue Y. A comprehensive review on lignin
pyrolysis: Mechanism, modeling and the effects of inherent metals in biomass // Fuel. 2022. V. 309. P. 122102. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122102
Chen D., Cen K., Zhuang X., Gan Z., Zhou J., Zhang Y., et al. Insight into biomass pyrolysis
mechanism based on cellulose, hemicellulose, and lignin: Evolution of volatiles and kinetics,
elucidation of reaction pathways, and characterization of gas, biochar and bio-oil //
Combust. Flame. 2022. V. 242. P. 112142. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2022.112142
Lu Q., Yang X., Dong C., Zhang Z., Zhang X., Zhu X. Influence of pyrolysis temperature and
time on the cellulose fast pyrolysis products: Analytical Py-GC/MS study // J. Anal. Appl.
Pyrolysis. 2011. V. 92. N 2. P. 430–438. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2018.09.025
Chen D., Cen K., Cao X., Zhang J., Chen F., Zhou J. Upgrading of bio-oil via solar pyrolysis
of the biomass pretreated with aqueous phase bio-oil washing, solar drying, and solar torrefaction // Bioresour. Technol. 2020. V. 305. P. 123130. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.123130
Lu Q., Hu B., Zhang Z., Wu Y., Cui M., Liu D., et al. Mechanism of cellulose fast
pyrolysis: The role of characteristic chain ends and dehydrated units // Combust. Flame.
V. 198. P. 267–277. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2018.09.025
Lédé J. Cellulose pyrolysis kinetics: An historical review on the existence and role of
intermediate active cellulose
// J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2012. V. 94. P. 17–32. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2011.12.019
Gargiulo V., Ferreiro A. I., Giudicianni P., Tomaselli S., Costa M., Ragucci R., et al.
Insights about the effect of composition, branching and molecular weight on the slow pyrolysis of xylose-based polysaccharides // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2022. V. 161. P. 105369.
https://doi.org/10.1016/j.jaap.2021.105369
Usino D. O., Supriyanto, Ylitervo P., Pettersson A., Richards T. Influence of temperature and time on initial pyrolysis of cellulose and xylan // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2020. V. 147. P. 104782. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2020.104782
Li J., Bai X., Fang Y., Chen Y., Wang X., Chen H., et al. Comprehensive mechanism of initial
stage for lignin pyrolysis // Combust. Flame. 2020. V. 215. P. 1–9.
https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2020.01.016
Kan T., Strezov V., Evans T., He J., Kumar R., Lu Q. Catalytic pyrolysis of lignocellulosic
biomass: A review of variations in process factors and system structure // Renew. Sustain. Energy
Rev. 2020. V. 134. P. 110305. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110305
Xin X., Pang S., de Miguel Mercader F., Torr K. M. The effect of biomass pretreatment on
catalytic pyrolysis products of pine wood by Py-GC/MS and principal component analysis // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2019. V. 138. P. 145–153. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2018.12.018
Choi H. S., Choi Y. S., Park H. C. Fast pyrolysis characteristics of lignocellulosic biomass with varying reaction conditions // Renew. Energy. 2012. V. 42. P. 131–135. https://doi.org/10.1016/j.renene.2011.08.049
Damartzis T., Vamvuka D., Sfakiotakis S., Zabaniotou A. Thermal degradation studies and kinetic modeling of cardoon (Cynara cardunculus) pyrolysis using thermogravimetric analysis (TGA) // Bioresour. Technol. 2011. V. 102. N 10. P. 6230–6238. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.02.060
Uddin M. N., Daud W. M. A. W., Abbas H. F. Effects of pyrolysis parameters on hydrogen formations from biomass: a review // RSC Adv. 2014. V. 4. N 21. P. 10467. https://doi.org/10.1039/c3ra43972k
Ribeiro J., Godina R., Matias J., Nunes L. Future Perspectives of Biomass Torrefaction: Review of the Current State-Of-The-Art and Research Development // Sustainability. 2018. V. 10. N 7. P. 2323.
Cao Y., He M., Dutta S., Luo G., Zhang S., Tsang D. C. W. Hydrothermal carbonization and liquefaction for sustainable production of hydrochar and aromatics // Renew. Sustain. Energy Rev. 2021. V. 152. P. 111722. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111722
Agar D., Wihersaari M. Bio-coal, torrefied lignocellulosic resources — Key properties for its use in co-firing with fossil coal — Their status // Biomass and Bioenergy. 2012. V. 44. P. 107–111.
https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2012.05.004
Bridgeman T. G., Jones J. M., Williams A., Waldron D. J. An investigation of the grindability of two torrefied energy crops // Fuel. 2010. V. 89. N 12. P. 3911–3918. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2010.06.043
Shankar Tumuluru J., Sokhansanj S., Hess J. R., Wright C. T., Boardman R. D. Review: A review on biomass torrefaction process and product properties for energy applications // Ind. Biotechnol. 2011. V. 7. N 5. P. 384–401. https://doi.org/10.1089/ind.2011.7.384
Pelaez-Samaniego M. R., Yadama V., Garcia-Perez M., temperature during wood torrefaction on the formation of lignin liquid intermediates // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2014. V. 109. P. 222–233. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2014.06.008
Chen W. H., Cheng W. Y., Lu K. M., Huang Y. P. An evaluation on improvement of pulverized biomass property for solid fuel through torrefaction // Appl. Energy. 2011. V. 88. N 11. P. 3636–3644. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.03.040
Saadon S., Uemura Y., Mansor N. Torrefaction in the presence of oxygen and carbon dioxide: the effect on yield of Oil Palm Kernel Shell // Procedia Chem. 2014. V. 9. P. 194–201.
https://doi.org/10.1016/j.proche.2014.05.023
Chen W. H., Lin B. J., Lin Y. Y., Chu Y. S., Ubando A. T., Show P. L., et al. Progress in biomass torrefaction: Principles, applications and challenges // Prog. Energy Combust. Sci. 2021. V. 82. P. 100887. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2020.100887
Krysanova K., Krylova A., Zaichenko V. Properties of biochar obtained by hydrothermal carbonization and torrefaction of peat // Fuel. 2019. V. 256. P. 115929.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.115929
van der Stelt M. J. C., Gerhauser H., Kiel J. H. A., Ptasinski K. J. Biomass upgrading by torrefaction for the production of biofuels: A review // Biomass and Bioenergy. 2011.V. 35. N 9. P. 3748–3762. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.06.023
Pahla G., Ntuli F., Muzenda E. Torrefaction of landfill food waste for possible application in biomass co-firing // Waste Manag. 2018. V. 71. P. 512–520.
https://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.10.035
Krysanova K., Krylova A., Kulikova M., Kulikov A., Rusakova O. Biochar characteristics produced via hydrothermal carbonization and torrefaction of peat and sawdust // Fuel. 2022. V. 328. P. 125220. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.125220
Niu Y., Lv Y., Lei Y., Liu S., Liang Y., Wang D., et al. Biomass torrefaction: properties, applications, challenges, and economy // Renew. Sustain. Energy Rev. 2019. V. 115. P. 109395.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109395
Sarvaramini A., Larachi F. Integrated biomass torrefaction — Chemical looping combustion as a method to recover torrefaction volatiles energy // Fuel. 2014. V. 116. P. 158–167.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.07.119
Ciolkosz D., Wallace R. A review of torrefaction for bioenergy feedstock production // Biofuels, Bioprod. Biorefining. 2011. V. 5. N 3. P. 317–329. https://doi.org/10.1002/bbb.275
Wang J., Minami E., Kawamoto H. Thermal reactivity of hemicellulose and cellulose in cedar
https://doi.org/10.1186/s10086-020-01888-x
Mašek O., Budarin V., Gronnow M., Crombie K., and slow pyrolysis biochar — Comparison of physical and functional properties // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2013. V. 100. P. 41–48.
https://doi.org/10.1016/j.jaap.2012.11.015
Lunguleasa A., Spirchez C., Olarescu A. M. Calorific characteristics of larch (larix decidua) and oak (quercus robur) pellets realized from native and torrefied sawdust // Forests. 2022. V. 13. P. 361. https://doi.org/10.3390/f13020361
Nizamuddin S., Baloch H. A., Griffin G. J., Mubarak N. M., Bhutto A. W., Abro R., et al. An overview of effect of process parameters on hydrothermal carbonization of biomass // Renewable and Sustainable Energy Reviews. Elsevier Ltd. 2017. V. 73. P. 1289– 1299. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.12.122
Medic D., Darr M., Shah A., Potter B., Zimmerman J. An overview of effect of process parameters on hydrothermal carbonization of biomass // Renewable and Sustainable Energy Reviews. Elsevier Ltd. 2017. V. 73. P. 1289–1299. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.07.019
Phanphanich M., Mani S. Effects of torrefaction process parameters on biomass feedstock upgrading // Fuel. 2012. V. 91. N 1. P. 147–154. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.08.028
Chen Q., Zhou J., Liu B., Mei Q., Luo Z. Impact of torrefaction on the grindability and fuel characteristics of forest biomass // Bioresour. Technol. 2011. V. 102. N 2. P. 1246–1253.
https://doi.org/10.1007/s11434-010-4292-z
Wang Y., Qiu L., Zhu M., Sun G., Zhang T., Kang K. Comparative evaluation of hydrothermal carbonization and low temperature pyrolysis of eucommia ulmoides oliver for the production of solid biofuel // Sci. Rep. Nature Publishing Group. 2019. V. 9. N 1. https://doi.org/10.1038/s41598-019-38849-4
Duman G., Balmuk G., Cay H., Kantarli I. C., Yanik J. Comparative evaluation of torrefaction and
hydrothermal carbonization: effect on fuel properties and combustion behavior of agricultural wastes // Energy and Fuels. American Chemical Society. 2020. V. 34. N 9. P. 11175–11185.
https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c02255
Poudel J., Karki S., Oh S. Valorization of waste wood as a solid fuel by torrefaction // Energies. 2018. V. 11. N 7. P. 1641. https://doi.org/10.3390/en11071641
Bridgeman T. G., Jones J. M., Shield I., Williams P. T. Torrefaction of reed canary grass, wheat straw and willow to enhance solid fuel qualities and combustion properties // Fuel. 2008. V. 87. N 6. P. 844–856. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2007.05.041
Rousset P., Aguiar C., Labbé N., Commandré J-M. Enhancing the combustible properties of bamboo by torrefaction // Bioresour. Technol. 2011. V. 102. N 17. P. 8225–8231.
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.05.093
Funke A., Ziegler F. Hydrothermal carbonization of biomass: A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering // Biofuels, Bioprod. Biorefining. 2010. V. 4. N 2. P. 160–177. https://doi.org/10.1002/bbb.198
Reza M. T., Lynam J. G., Uddin M. H., Coronella C. J. Hydrothermal carbonization: Fate of inorganics // Biomass and Bioenergy. 2013. V. 49. P. 86–94. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2012.12.004
Zhang Y., Jiang Q., Xie W., Wang Y., Kang J. Effects of temperature, time and acidity of hydrothermal carbonization on the hydrochar properties and nitrogen recovery from corn stover // Biomass and Bioenergy. 2019. V. 122. P. 175–182. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2019.01.035
Heidari M., Salaudeen S., Arku P., Acharya B., Tasnim S., Dutta A. Development of a mathematical model for hydrothermal carbonization of biomass: Comparison of experimental measurements with model predictions // Energy. 2021. V. 214. P. 119020. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.119020
Patel N., Acharya B., Basu P. Hydrothermal carbonization (HTC) of seaweed (macroalgae) for producing hydrochar // Energies. 2021. V. 14. N 7. P. 1805. https://doi.org/10.3390/en14071805
Basak S., Annapure U. S. The potential of subcritical water as a «green» method for the extraction and modification of pectin: A critical review // Food Res. Int. 2022. V. 161. P. 111849.
https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.111849
Yang S., Zhang X., Chen L., Sun L., Zhao B., Si H., et al. Pyrolysis of sawdust with various Fe-based catalysts: Influence of support characteristics on hydrogen-rich gas production. J. Anal Appl Pyrolysis. 2019. V. 137. P. 29–36. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2018.10.021
Gao P., Zhou Y., Meng F., Zhang Y., Liu Z., Zhang W., et hydrochar from by hydrothermal carbonization // Energy. 2016. V. 97. P. 238–245. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.12.123
Wang T., Zhai Y., Zhu Y., Peng C., Xu B., Wang T., et al. hydrothermal carbonization of woody biomass for enhanced pelletization and fuel properties // Energy & Fuels. 2017. V. 31. N 11. P. 12200–12208. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.7b01881
Zhang S., Sheng K., Yan W., Liu J., Shuang E., Yang M., et al. Bamboo derived hydrochar microspheres fabricated by acid-assisted hydrothermal carbonization
// Chemosphere. 2021. V. 263. P. 128093. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128093
Volpe M., Messineo A., Mäkelä M., Barr M.R., Volpe R., Corrado C., et al. Reactivity of cellulose during hydrothermal carbonization of lignocellulosic biomass // Fuel Process. Technol. 2020. V. 206. P. 106456. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2020.106456
Güleç F., Riesco L. M. G., Williams O., Kostas E. T., Samson A., Lester E. Hydrothermal conversion of different lignocellulosic biomass feedstocks — Effect of the process conditions on hydrochar structures // Fuel. 2021. V. 302. P. 121166. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.121166
He Q., Cheng C., Raheem A., Ding L., Shiung Lam S.,Yu G. Effect of hydrothermal carbonization on woody biomass: From structure to reactivity // Fuel. 2022. V. 330. P. 125586.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.125586
Monedero E., Lapuerta M., Pazo A., Díaz-Robles L.A., Pino-Cortés E., Campos V., et al. Effect of hydrothermal carbonization on the properties, devolatilization, and combustion kinetics of Chilean biomass residues // Biomass and Bioenergy. 2019. V. 130. P. 105387. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2019.105387
Hansen L. J., Fendt S., Spliethoff H. Comparison of fuels and effluents originating from washing and hydrothermal carbonisation of residual biomass // Waste and Biomass Valorization. 2022. V. 13. N 4. P. 2321–2333. https://doi.org/10.1007/s12649-021-01613-9
Zaichenko V. M., Krysanova K. O., Pudova Y. D., Krylova A. Y. Transformations of the structural components of sawdust and peat under conditions of hydrothermal carbonization and torrefaction // Solid Fuel Chem. 2022. V. 56. N 4. P. 259–264. https://doi.org/10.3103/S0361521922040103
Zhu G., Yang L., Gao Y., Xu J., Chen H., Zhu Y., et al. Characterization and pelletization of cotton stalk hydrochar from HTC and combustion kinetics of hydrochar pellets by TGA // Fuel. 2019. V. 244. P. 479– 491. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.02.039
Shen D. K., Gu S., Luo K. H., Wang S. R., Fang M. X. The pyrolytic degradation of wood-derived lignin from pulping process // Bioresour. Technol. 2010. V. 101. N 15. P. 6136–6146.
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.02.078
Monteil-Rivera F., Phuong M., Ye M., Halasz A., Hawari J. Isolation and characterization of herbaceous lignins for applications in biomaterials // Ind. Crops Prod. 2013. V. 41. P. 356–364.
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.04.049
C a n d e l i e r K . , C h a o u c h M. , D u m a r ç a y S . , Pétrissans A., Pétrissans M., Gérardin P. Utilization of thermodesorption coupled to GC–MS to study stability of different wood species to thermodegradation // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2011. V. 92. N 2. P. 376–383. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2011.07.010
Cao H.-W. A new system of generalized quasivariational- like inclusions with noncompact valued mappings // J. Inequalities Appl. 2012. V. 2012. N 1. P. 41. https://doi.org/10.1186/1029-242X-2012-41
Xie C., Chen Y., Li Y., Wang X., Song C. Influence of sulfur on the carbon deposition in steam reforming of liquid hydrocarbons over CeO2–Al2O3 supported Ni and Rh catalysts // Appl. Catal. A Gen. 2011. V. 394. N 1–2. P. 32–40. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2010.12.019
Mu W., Ben H., Ragauskas A., Deng Y. Lignin pyrolysis components and upgrading — technology review // BioEnergy Res. 2013. V. 6. N 4. P. 1183–1204. https://doi.org/10.1007/s12155-013-9314-7
Melkior T., Jacob S., Gerbaud G., Hediger S., Le Pape L., Bonnefois L., et al. NMR analysis of the transformation of wood constituents by torrefaction // Fuel. 2012. V. 92. N 1. P. 271–280.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.06.042
Wang S., Wang K., Liu Q., Gu Y., Luo Z., Cen K., et al. Comparison of the pyrolysis behavior of lignins from different tree species // Biotechnol. Adv. 2009. V. 27. N 5. P. 562–567.
https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2009.04.010
Huang X., Cao J. P., Zhao X. Y., Wang J. X., Fan X., Zhao Y. P., et al. Pyrolysis kinetics of soybean straw using thermogravimetric analysis // Fuel. 2016. V. 169. P. 93–98. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.12.011
Li C., Zhang J., Yuan H., Wang S., Chen Y. Advance on the pyrolytic transformation of cellulose // J. Fuel Chem. Technol. 2021. V. 49. N 12. P. 1733–1752. https://doi.org/10.1016/S1872-5813(21)60134-2
Wang C., Xia S., Yang X., Zheng A., Zhao Z., Li H. Oriented valorization of cellulose and xylan into anhydrosugars by using low-temperature pyrolysis // Fuel. 2021. V. 291. P. 120156.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120156
Zhong D., Zeng K., Li J., Qiu Y., Flamant G., Nzihou A., et al. Characteristics and evolution of heavy components in bio-oil from the pyrolysis of cellulose, hemicellulose and lignin // Renew. Sustain. Energy Rev. 2022. V. 157. P. 111989. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111989
Zahra H., Sawada D., Kumagai S., Ogawa Y., Johansson L. S., Ge Y., et al. Evolution of carbon
nanostructure during pyrolysis of homogeneous chitosancellulose composite fibers // Carbon N. Y. 2021. V. 185. P. 27–38. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.08.062
Demitri C., Madaghiele M., Grazia Raucci M., Sannino A., Ambrosio L. Investigating the structurerelated properties of cellulose-based superabsorbent hydrogels // hydrogels — smart materials for biomedical applications // IntechOpen. 2019. https://doi.org/10.5772/intechopen.80986
Cheng X., Tang Y., Wang B., Jiang J. Improvement of charcoal yield and quality by two-step pyrolysis on rice husks // Waste and Biomass Valorization. 2018. V. 9. N 1. P. 123–130. https://doi.org/10.1007/s12649-016-9736-5
Itabaiana Junior I., Avelar do Nascimento M., de Souza R. O. M. A., Dufour A., Wojcieszak R.
Levoglucosan: a promising platform molecule? // Green Chem. 2020. V. 22. N 18. P. 5859–5880.
https://doi.org/10.1039/D0GC01490G
Rover M. R., Aui A., Wright M. M., Smith R. G., Brown R. C. Production and purification of crystallized levoglucosan from pyrolysis of lignocellulosic biomass // Green Chem. 2019. V. 21. N 21. P. 5980–5989. https://doi.org/10.1039/C9GC02461A
Yu Y., Liu D., Wu H. Characterization of water-soluble cellulose at low temperatures // Energy & Fuels. 2012. V. 26. N 12. P. 7331–7339. https://doi.org/10.1021/ef3013097
Wang S., Guo X., Liang T., Zhou Y., Luo Z. Mechanism research on cellulose pyrolysis by Py-GC/MS and subsequent density functional theory studies // Bioresour. Technol. 2012. V. 104. P. 722–728. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.10.078
Maduskar S., Maliekkal V., Neurock M., Dauenhauer P. J. On the Yield of Levoglucosan from Cellulose Pyrolysis // ACS Sustain. Chem. Eng. 2018. V. 6. N 5. P. 7017–7025.
https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b00853
Lu Q., Zhang Y., Dong C., Yang Y., Yu H. The mechanism for the formation of levoglucosenone during pyrolysis of β-d-glucopyranose and cellobiose: A density functional theory study // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2014. V. 110. P. 34–43. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2014.08.002
Zhang C., Chao L., Zhang Z., Zhang L., Li Q., Fan H., et al. Pyrolysis of cellulose: Evolution of functionalities and structure of bio-char versus temperature // Renew. Sustain. Energy Rev. 2021. V. 135. P. 110416. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110416
Shen D. K., Gu S. The mechanism for thermal decomposition of cellulose and its main products Bioresour. Technol. 2009. V. 100. N 24. P. 6496–6504. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.06.095
Collard F. X., Blin J. A review on pyrolysis of biomass composition of the
products obtained from the conversion of cellulose, hemicelluloses and lignin // Renew. Sustain. Energy https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.06.013
Lv G., Wu S. Analytical pyrolysis studies of corn stalk and its three main components by TG-MS and Py-GC/ MS // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2012. V. 97. P. 11– https://doi.org/10.1016/j.jaap.2012.04.010
Peng Y., Wu S. The structural and thermal characteristics of wheat straw hemicellulose // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2010. V. 88. N 2. P. 134–139. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2010.03.006
Widyawati M., Church T. L., Florin N. H., Harris A. T. situ carbon dioxide capture using calcium oxide // Int. J. Hydrogen Energy. 2011. V. 36. N 8. P. 4800–4813. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.11.103
Shen D. K., Gu S., Bridgwater A. V. Study on the pyrolytic behaviour of xylan-based hemicellulose using TG–FTIR and Py–GC–FTIR // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2010. V. 87. N 2. P. 199–206. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2009.12.001
Wang Z., Cao J., Wang J. Pyrolytic characteristics of pine wood in a slowly heating and gas sweeping fixed‑bed reactor // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2009. V. 84. N 2. P. 179–184.
https://doi.org/10.1016/j.jaap.2009.02.001
Branca C., Di Blasi C., Mango C., Hrablay I. Products and Kinetics of Glucomannan Pyrolysis // Ind. Eng. Chem. Res. 2013. V. 52. N 14. P. 5030–5039. https://doi.org/10.1021/ie400155x
Wu Y., Zhao Z., Li H., He F. Low temperature pyrolysis characteristics of major components of biomass // J. Fuel Chem. Technol. 2009. V. 37. N 4. P. 427–432. https://doi.org/10.1016/S1872-5813(10)60002-3
García-Bordejé E., Elisabet P., J Fraile osé M. Parametric study of the hydrothermal carbonization of cellulose and effect of acidic conditions // Carbon N. Y. 2017. V. 123. P. 421–432.
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.07.085
Sevilla M., Fuertes A. B. The production of carbon materials by hydrothermal carbonization of cellulose // https://doi.org/10.1016/j.carbon.2009.04.026
Wang T., Zhai Y., Zhu Y., Li C., Zeng G. A review of the hydrothermal carbonization of biomass waste for and physicochemical properties // Renew. Sustain. 223–247.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.071
Jia J., Wang R., Chen H., Liu H., Xue Q., Yin Q., et al. Interaction mechanism between cellulose and hemicellulose during the hydrothermal carbonization of lignocellulosic biomass // Energy Sci. Eng. 2022. https://doi.org/10.1002/ese3.1117
Kang S., Li X., Fan J., Chang J. Characterization of // Ind. Eng. Chem. Res. 2012. V. 51. N 26. P. 9023–9031. https://doi.org/10.1021/ie300565d
Wang Y., Hu Y. J., Hao X. et al. Hydrothermal synthesis and applications of advanced carbonaceous materials from biomass: a review // Adv Compos Hybrid Mater.
V. 3. P. 267–284. https://doi.org/10.1007/s42114-020-00158-0
Nakason K., Panyapinyopol B., Kanokkantapong V., Viriya-empikul N., Kraithong W., Pavasant P. Characteristics of hydrochar and hydrothermal liquid products from hydrothermal carbonization of corncob // Biomass Convers. Biorefinery. 2018. V. 8. N 1. P. 199–210. https://doi.org/10.1007/s13399-017-0279-1
Hu L., Zhao G., Hao W., Tang X., Sun Y., Lin L., et al. Catalytic conversion of biomass-derived carbohydrates into fuels and chemicals via furanic aldehydes // RSC Adv. 2012. V. 2. N 30. P. 11184. https://doi.org/10.1039/c2ra21811a
Aida T. M., Ikarashi A., Saito Y., Watanabe M., Smith R. L., Arai K. Dehydration of lactic acid to acrylic acid in high temperature water at high pressures // J. Supercrit. Fluids. 2009. V. 50. N 3. P. 257–264. https://doi.org/10.1039/c2ra21811a
Lu J., Liu Z., Zhang Y., Savage P. E. Synergistic and Antagonistic Interactions during Hydrothermal Liquefaction of Soybean Oil, Soy Protein, Cellulose, Xylose, and Lignin // ACS Sustain. Chem. Eng. 2018. V. 6. N 11. P. 14501–14509. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b03156
Latham K. G., Matsakas L., Figueira J., Rova U., Christakopoulos P., Jansson S. Examination of
how variations in lignin properties from Kraft and organosolv extraction influence the physicochemical characteristics of hydrothermal carbon // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2021. V. 155. P. 105095. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2021.105095

Выпуск

№ 1, Том 8 (2023)

Кол-во страниц: 72 страницы

Другие статьи выпуска

КАТАЛИЗАТОРЫ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРОЦЕССОВ СЕЛЕКТИВНОГО ГИДРИРОВАНИЯ ОКСИДОВ УГЛЕРОДА (МЕТАНИРОВАНИЯ) (2023)

Авторы: Чемакина Ирина Сергеевна, Иванцов Михаил Иванович, Куликова Майя Валерьевна, Третьяков Николай Юрьевич, Елышев Андрей Владимирович

В обзоре описан процесс метанирования (селективного гидрирования оксидов углерода). и выделена его значимость для экологически чистой и распределенной энергетики. Оценены преимущества катализаторов на основе углеродных материалов с точки зрения подходов зеленой химии и недостатки катализаторов на оксидных подложках. Рассмотрены катализаторы на основе углеродных нанотрубок, нановолокон и производных биомассы. Выделены направления исследования для внедрения катализаторов на основе углеродных материалов в процессе селективного гидрирования оксидов углерода. Сделан вывод о перспективе катализаторов для процессов метанирования на основе производных биомассы.

Сохранить в закладках

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА СМЕСИ ГУДРОНА С РЕЗИНОЙ НА РЕЗУЛЬТАТЫ ГИДРОКОНВЕРСИИ (2023)

Авторы: Дандаев Асхаб Умалтович, Висалиев Мурат Яхъяевич, Кубрин Никита Александрович, Агаджан Мирза-оглы Гюльмалиев

На основе результатов термогравиметрического анализа (ТГА) гидроконверсии гудрона, шинной резины и ее смесей с гудроном в присутствии прекурсора наноразмерного катализатора показано, что термодинамические характеристики деструкции смеси зависят от содержания в них резины. Энергия активации Еа, вычисленная по кинетическим уравнениям на основе данных ТГА, оказалась наименьшей для смеси, содержащей 70 мас. % гудрона и 30 мас. % резины; в этом случае наблюдается повышение степени пре- вращения при гидроконверсии и увеличение выхода дистиллятных продуктов. Проведен анализ выхода продуктов макрокомпонентов: парафино-нафтеновых, ароматических, смол и асфальтенов. Показано изменение химизма процесса гидроконверсии гудрона с резиной в зависимости от состава сырьевой смеси, обусловленное отклонением выхода продуктов гидроконверсии смеси от аддитивного выхода продуктов в отдельности от гудрона и резины.

Сохранить в закладках

ВЫДЕЛЕНИЕ ВОДОРОДА ИЗ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ ПУТЕМ ЕГО ХИМИЧЕСКОГО СВЯЗЫВАНИЯ ПРИ ГИДРИРОВАНИИ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИСПЕРСНЫХ Ni–Mo-СУЛЬФИДНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ (2023)

Авторы: Багиров Байрам Мухаммад оглы, Изергина Екатерина Алексеевна, Таланова Марта Юрьевна, Караханов Эдуард Аветисович, Максимов Антон Львович, Вутолкина Анна Викторовна

Показана возможность выделения водорода из газовых смесей путем его химического связывания в ходе гидрирования ароматических соединений — жидких органических носителей — с использованием Ni–Mo-сульфидных катализаторов без носителя, полученных in situ при диспергировании и последующем высокотемпературном разложении-сульфидировании маслорастворимых предшественников активного компонента в углеводородной среде. Изучены особенности гидрирования нафталина, его монометилзамещенных производных и антрацена при различном соотношении компонентов в составе газовых смесей; показана зависимость конверсии субстрата и селективности по продуктам от температуры, давления и времени процесса, а также присутствия воды в условиях реакции водяного газа. Установлено, что конверсия ароматических соединений и степень насыщения водородом при проведении процесса в атмосфере синтез-газа (соотношение СО:Н2 = 1:1) при температуре 340°С и давлении 5 МПа убывает в ряду антрацен > 2-метилнафталин ~ нафталин >> 1-метилнафталин. При этом на скорость реакции гидрирования влияют стерические затруднения, возникающие при сорбции молекул субстрата ввиду наличия заместителей в бензольном кольце, и структура конформационных изомеров молекул-интермедиатов. Показано, что дисперсные Ni–Mo-сульфидные катализаторы активны в гидрировании 2-метилнафталина и обеспечивают конверсию не менее 90% в соответствующие тетралины (соотношение 6- и 2- изомеров (1.5–1.7):1) в диапазоне температур 320–360°С при содержании в газовой смеси монооксида углерода и метана 25–50 об.% и общем давлении в системе 5 МПа. Установлено, что при проведении процесса в условиях реакции водяного газа (содержание воды 10 мас.%, CO:H2 = 1:1 при общем давлении в системе 5 МПа) для обеспечения in situ регенерации катализатора и перевода в активную сульфидную форму содержание серы (предшественник сульфидирующего агента) должно быть не менее 1.2 мас. % при содержании молибдена 0.06 мас. %.

Сохранить в закладках

ВЛИЯНИЕ ФАЗОВАГО СОСТАВА ДИСПЕРСНОГО МОЛИБДЕНОВОГО КАТАЛИЗАТОРА НА ПРЕВРАЩЕНИЕ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРИ ГИДРОКОНВЕРСИИ ТЯЖЕЛОГО НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ (2023)

Авторы: Батов Александр Евгеньевич, Агаджан Мирза-оглы Гюльмалиев, Дандаев Асхаб Умалтович, Кубрин Никита Александрович, Зекель Леонид Абрамович, Висалиев Мурат Яхъяевич

Исследовано влияние фазового состава дисперсного молибденового катализатора на превращение высокомолекулярных компонентов (смол и асфальтенов) в процессе гидроконверсии тяжелого нефтяного сырья. Суспензии частиц катализаторов получали из обратных эмульсий водных растворов прекурсора — парамолибдата аммония непосредственно в сырье в процессе гидроконверсии (in situ) или предварительно синтезировали суспензию катализатора (ex situ), которую затем добавляли в сырье. В качестве сырья использовали вакуумный остаток дистилляции нефти и тяжелую нефть. Эксперименты выполняли в проточном реакторе в условиях гидроконверсии с добавками к сырью донора серы. Методом ex situ получены частицы катализаторов с разным соотношением сульфидной и оксидной фазы Мо. Установлено, что с повышением содержания МoS2 в составе дисперсного катализатора растет его активность в ингибировании цепных реакций термического крекинга, протекающих с образованием смол, асфальтенов и кокса. Отмечено снижение конверсии фракции выше 500°С в присутствии катализатора, связанное, по-видимому, насыщением и нейтрализацией активным водородом первичных радикалов термодеструкции, инициирующих зарождение и развитие цепной реакции термокрекинга.

Сохранить в закладках

ГИДРИРОВАНИЕ ПРОДУКТА ПЕРЕРАБОТКИ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОЙ БИОМАССЫ — ФУРФУРОЛА — В ПРИСУТСТВИИ РУТЕНИЕВОГО И НИКЕЛЕВОГО КАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ МЕЗОПОРИСТОГО АЛЮМОСИЛИКАТА (2023)

Авторы: Ролдугина Екатерина Алексеевна, Бороноев Максим Павлович, Шакиров Искандер Ильгизович, Кардашева Юлия Сергеевна, Кардашев Сергей Викторович, Максимов Антон Львович, Караханов Эдуард Аветисович

Синтезированы рутениевый и никелевый катализаторы на основе модифицированного алюминием мезопористого силиката структурного типа SBA-15 (Santa Barbara Amorphous-15) Al-SBA-15 с соотношением Si/Al, равным 20. Катализаторы исследованы в гидрировании в водной среде фурфурола – ценного продукта, образующегося при переработке лигноцеллюлозной биомассы. Установлено, что при повышении температуры реакции с 200 до 250°С и давления водорода с 3 до 5 МПа растет селективность образования метилтетрагидрофурана. Установлено, что рутениевый катализатор обладает более высокой активностью в реакции гидрирования фурфурола в водной среде (250°С, 5 МПа Н2) по сравнению с никелевым катализатором.

Сохранить в закладках

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ КАРБОНИЛИРОВАНИЕ МЕТАНА В УКСУСНУЮ КИСЛОТУ НА МОДИФИЦИРОВАННЫХ РОДИЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЦЕОЛИТАХ ZSM-5 (2023)

Авторы: Колесниченко Наталия Васильевна, Сташенко Антон Николаевич, Батова Татьяна Игоревна, Яшина Ольга Владимировна, Колесникова Екатерина Евгеньевна, Голубев Константин Борисович

В работе показано, что введение родия в цеолиты значительно усиливает каталитические свойства системы. Наиболее высокую активность и селективность по уксусной кислоте (УК) демонстрирует катализатор Rh/ИК(УЗО), характеризующийся повышенным содержанием сильных кислотных центров, в присутствии которого выход УК увеличивается более, чем в 2 раза, а соотношение УК/метанол более, чем на порядок, в сопоставлении с другими родий содержащими катализаторами. Выявлен синергизм действия сильных бренстедовских кислотных центров и одноатомных центров родия. Ключевую роль играет их близкое взаимное расположение.

Сохранить в закладках

Издательство

Издательство: ИНХС РАН
Регион: Россия, Москва
Почтовый адрес: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, 29
Юр. адрес: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, 29
ФИО: Максимов Антон Львович (Директор)
E-mail адрес: director@ips.ac.ru
Контактный телефон: +7 (495) 9554201
Сайт: http:/www.ips.ac.ru

Все права на тексты и товарные знаки принадлежат их законным владельцам. Подробнее...

Сайт https://scinetwork.ru (далее – сайт) работает по принципу агрегатора – собирает и структурирует информацию из публичных источников в сети Интернет, то есть передает полнотекстовую информацию о товарных знаках в том виде, в котором она содержится в открытом доступе.

Сайт и администрация сайта не используют отображаемые на сайте товарные знаки в коммерческих и рекламных целях, не декларируют своего участия в процессе их государственной регистрации, не заявляют о своих исключительных правах на товарные знаки, а также не гарантируют точность, полноту и достоверность информации.

Все права на товарные знаки принадлежат их законным владельцам!

Сайт носит исключительно информационный характер, и предоставляемые им сведения являются открытыми публичными данными.

Администрация сайта не несет ответственность за какие бы то ни было убытки, возникающие в результате доступа и использования сайта.

Спасибо, понятно.