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Tesi etd-03262014-083559


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
PARADISO, ROSANNA
URN
etd-03262014-083559
Title
A global kinetic model for the pyrolysis of pretreated second generation biofuels
Struttura
INGEGNERIA DELL'ENERGIA, DEI SISTEMI, DEL TERRITORIO E DELLE COSTRUZIONI
Corso di studi
INGEGNERIA ENERGETICA
Supervisors
relatore Ing. Biagini, Enrico
relatore Prof. Tognotti, Leonardo
Parole chiave
  • Pyrolysis
  • Biofuels
  • Industrial Scale Facilities
  • Uncertainty Quantification
  • Kinetic Models
  • Model Reliability
Data inizio appello
05/05/2014;
Consultabilità
Completa
Riassunto analitico
The use of biomasses in thermochemical conversion processes has been further enhanced in recent years and special attention has been paid to pretreatments aiming to improve the characteristics of the raw materials.
In order to make quantitative predictions and comparison about the combustion behavior, devolatilization should be accurately described. In this work, kinetic models have been considered using dataset out of tests performed on different virgin and pretreated biomasses at low heating rate and in an Isothermal Plug Flow Reactor in which the heating rate is evaluated to be on the order of 104 – 105 K/s. The characteristic kinetic parameters of each model have been obtained by minimizing the residuals between the modeled and experimental results based on a least-squares objective function. An attempt to model together low and high heating rate tests also combining isothermal and non-isothermal runs has been presented trying to point out the relation between kinetic parameters and operating conditions. The model results show that the heating rate and the temperature play a ‘resistance’ role on the biofuel reactivity.
Aiming to evaluate the reliability of the considered models, expressed by mean of a tolerance range of the found kinetic parameters, the accuracy of the considered datasets has been quantified also identifying the main sources of errors.
Finally, a review of the effects of the operating conditions and of the pretreatments on the volatile matter content and on the gaseous species in volatiles is presented and by comparing the devolatilization behavior of the considered biofuels it can be stated that the pretreatments improve the biomass combustion characteristics but increase the operating costs so that through modeling, supported also by CFD simulations, an optimum can be found.


L' utilizzo di biomasse in processi di conversione termochimica è stato perfezionato negli ultimi anni e particolare attenzione è stata rivolta ai pretrattamenti volti a migliorare le caratteristiche delle materie prime .
Al fine di fare previsioni quantitative sull'andamento della combustione è importante descrivere accuratamente la devolatilizzazione. In questo lavoro , modelli cinetici sono stati considerati con set di dati di test eseguiti su diverse biomasse vergini e pretrattate a bassa velocità di riscaldamento e in un reattore a letto fluido in cui la velocità di riscaldamento è stimato nell'ordine di 104-105 K / s . I parametri cinetici caratteristici di ogni modello sono stati ottenuti minimizzando l'errore quadratico medio tra i risultati sperimentali e quelli modellati. Un tentativo di modellare insieme prove a bassa ed alta velocità di riscaldamento insieme ad andamenti isotermi e non isotermi è stato presentato cercando di evidenziare la relazione tra i parametri cinetici e condizioni operative . I risultati del modello mostrano che la velocità di riscaldamento e la temperatura giocano un ruolo di ' resistenza ' sulla reattività della biomassa .
Con l'obiettivo di valutare l' affidabilità dei modelli considerati , espresse per mezzo di un range di tolleranza dei parametri cinetici trovati , la precisione dei set di dati in esame è stata quantificata identificando anche le principali fonti di errori .
Infine , è stata fatta un'analisi degli effetti delle condizioni operative e dei pretrattamenti sul contenuto di sostanze volatili e sulle specie gassose nei volatili e confrontando il comportamento devolatilizzazione dei biocarburanti considerati si può affermare che i pretrattamenti migliorano le caratteristiche di combustione della biomassa, ma aumentano i costi di gestione e pertanto attraverso la modellazione , sostenuta anche da simulazioni CFD , un ottimo può essere trovato.

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