МЕХАНИЗМЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОЦЕССОВ КОНВЕРСИИ БИОМАССЫ (ОБЗОР) (2023)
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.
Тип: Статья
Идентификаторы и классификаторы
Текстовый фрагмент статьи
Термохимические процессы конверсии биомасс, такие как пиролиз, газификация и гидротермальная обработка отличаются высокой эффективностью с точки зрения производства биотоплива (например, синтетического газа и бионефти). Более того, при
термохимической переработке происходит образование твердого богатого углеродом остатка, так называемого биоугля, образующегося в результате термического разложения биомассы при температурах 300–900°С в среде с ограниченным доступом кислорода [1, 2].
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
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.
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.
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. %.
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.
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.
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.
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