Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4912
Main Title: Fixed-bed biomass pyrolysis: mechanisms and biochar production
Translated Title: Die Festbettpyrolyse von Biomasse: Mechanismen und Biokohleerzeugung
Author(s): Dieguez Alonso, Alba
Advisor(s): Behrendt, Frank
Referee(s): Greenhalgh, Douglas
Porteiro, Jacobo
Behrendt, Frank
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: The objective of this thesis is to gain a deeper understanding on the slow pyrolytic conversion of biomass in conditions similar to the ones present at industrial scale. The purpose of this is to contribute to two topics of significant relevance in the biomass thermochemical conversion community nowadays. Firstly, the need for further development of more detailed pyrolysis mechanisms, which account not only for chemical reactions pathways, but also for the influence of transport phenomena on these chemical reactions, enhanced in conditions typical of industrial scale, due to bigger particle and bed sizes. Secondly, the use of slow pyrolysis for production of biochar, in particular, the understanding of how pyrolysis conditions may affect biochar properties and consequently its behavior in soil. To this end, a technical-scale fixed bed reactor has been built, together with a novel combination of on-line characterization techniques, to perform an exhaustive on-line evaluation of the pyrolysis process. These techniques include temperature measurements inside the bed, characterization of permanent gas composition with gas chromatography - thermal conductivity detection (GC-TCD) and detection of fluorescence emitting compounds with laser-induced fluorescence spectroscopy (LIF). Differentiation between primary pyrolysis and secondary reactions of primary volatiles has been achieved, thanks to the selective detection of targeted species, products of these secondary reactions. Investigation on the source and production enhancement mechanisms of these species has been also carried out. In a second stage, several characterization methodologies have been developed and applied to get a deep characterization of the solid product (biochar), from two perspectives: structural properties and potential behavior in soil. The objective is to establish clear relations to "engineer" biochar, according to soil application demands and certification requirements. Besides, development of characterization techniques which may lead to a more complete evaluation and therefore better certification of this biochar has been considered, in particular for porosity characterization.
Die Zielstellung dieser Dissertation ist es, ein tieferes Verständnis über die langsame pyrolytische Biomassenkonversion unter Bedingungen zu gewinnen, wie man sie im industriellen Maÿstab vor ndet. Hierdurch soll bezweckt werden, auf zwei Feldern von signi kanter Relevanz für die heutige Forschergemeinschaft der thermochemischen Biomassenkonversion einen Beitrag zu leisten. Denn zum einen besteht noch Entwicklungsbedarf für genauere Pyrolysemechanismen, welche nicht nur die chemischen Reaktionsabl äufe berücksichtigen, sondern auch den Ein uss durch Transportphänomene auf diese chemischen Reaktionsabläufe miteinbeziehen und angepasst an Bedingungen sind, wie man sie aufgrund von gröÿerer Partikel- und Bettgröÿe typischerweise im Industriemaÿstab vor ndet. Das zweite Feld beinhaltet die Produktion von Biochar durch eine langsame Pyrolyse und soll insbesondere klären, inwieweit die Pyrolysebedingungen die Eigenschaften des Biochars und konsequenterweise deren Reaktionen im Boden beein ussen. Um dieses Ziel zu erreichen wurde ein Festbettreaktor in Technikumsgröÿe errichtet und mit einer neuartigen Kombination von on-line Charakterisierungstechniken ausgestattet, welche es ermöglichen, den Pyrolysevorgang umfassend in-situ und on-line zu untersuchen. Diese Techniken umfassen die Temperaturerfassung im Reaktorbett, die Bestimmung der Permanentgaszusammensetzung durch Gaschromatographie-Wärmeleitfähigkeits detektor (GC-WLD) und der Nachweis von uoreszierenden Verbindungen durch laserinduzierte Fluoreszenzspektroskopie (LIF). Eine Unterscheidung zwischen der primären Pyrolyse und den Sekundärreaktionen der primär üchtigen Bestandteile war durchführbar, dank der selektiven Bestimmung von Schlüsselverbindungen, welche als Produkte der Sekundärreaktionen entstehen. Fernerhin wurde untersucht, welchen Ursprung diese Spezies haben und welche Mechanismen deren vermehrtes Auftreten fördern. In der zweiten Phase wurden mehrere Charakterisierungsmethoden entwickelt und angewendet, um das feste Produkt (Biochar) ausführlich in zweierlei Hinsicht zu charakterisieren. Zum einen Hinblick auf die strukturellen Eigenschaften, zum anderen auf das mögliche Verhalten im Boden. Zielstellung war es hier, klare Zusammenhänge herauszuarbeiten, um einen Biochar zu "konstruieren", welcher den Anforderungen bei Verwendung im Boden und Zerti zierungsvorgaben erfüllt. Auÿerdem wurde die Entwicklung weiterer Charakterisierungsmethoden geprüft, welche möglicherweise zu einer vollständigeren und daher auch besseren Zerti zierung von diesem Biochar führen, insbesondere in Hinsicht auf die Charakterisierung der Poren.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5215
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4912
Exam Date: 10-Jul-2015
Issue Date: 2015
Date Available: 18-Dec-2015
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): pyrolysis
laser-induced fluorescence (LIF)
biochar
pyrolysis mechanisms
heterogenous secondary reactions
Pyrolyse
laserinduzierte Fluoreszenz
Biokohle
heterogene Sekundärreaktionen
Pyrolysemechanismen
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
ISBN: 978-3-945682-22-7
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