Computational Modeling of Biomass Fast Pyrolysis in Fluidized Beds with Eulerian Multifluid Approach

Autores
Venier, César Martín; Torres, Erick David; Fouga, Gastón Galo; Rodriguez, Rosa Ana; Mazza, German Delfor; Reyes Urrutia, Ramón Andrés
Año de publicación
2024
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
This study investigated the fast pyrolysis of biomass in fluidized-bed reactors using computational fluid dynamics (CFD) with an Eulerian multifluid approach. A detailed analysis was conducted on the influence of various modeling parameters, including hydrodynamic models, heat transfer correlations, and chemical kinetics, on the product yield. The simulation framework integrated 2D and 3D geometrical setups, with numerical experiments performed using OpenFOAM v11 and ANSYS Fluent v18.1 for cross-validation. While yield predictions exhibited limited sensitivity to drag and thermal models (with differences of less than 3% across configurations and computational codes), the results underline the paramount role of chemical kinetics in determining the distribution of bio-oil (TAR), biochar (CHAR), and syngas (GAS). Simplified kinetic schemes consistently underestimated TAR yields by up to 20% and overestimated CHAR and GAS yields compared to experimental data (which is shown for different biomass compositions and different operating conditions) and can be significantly improved by redefining the reaction scheme. Refined kinetic parameters improved TAR yield predictions to within 5% of experimental values while reducing discrepancies in GAS and CHAR outputs. These findings underscore the necessity of precise kinetic modeling to enhance the predictive accuracy of pyrolysis simulations.
Fil: Venier, César Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; Argentina
Fil: Torres, Erick David. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Patagonia Confluencia. Instituto de Investigacion y Desarrollo En Ingenieria de Procesos, Biotecnologia y Energias Alternativas. Grupo Vinculado Instituto de Ingenieria Quimica | Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigacion y Desarrollo En Ingenieria de Procesos, Biotecnologia y Energias Alternativas. Grupo Vinculado Instituto de Ingenieria Quimica.; Argentina
Fil: Fouga, Gastón Galo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Fundación José A. Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Rodriguez, Rosa Ana. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Patagonia Confluencia. Instituto de Investigacion y Desarrollo En Ingenieria de Procesos, Biotecnologia y Energias Alternativas. Grupo Vinculado Instituto de Ingenieria Quimica | Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigacion y Desarrollo En Ingenieria de Procesos, Biotecnologia y Energias Alternativas. Grupo Vinculado Instituto de Ingenieria Quimica.; Argentina
Fil: Mazza, German Delfor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; Argentina
Fil: Reyes Urrutia, Ramón Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; Argentina
Materia
fast pyrolysis
computational fluid dynamics
Eulerian model; biomass;
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Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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While yield predictions exhibited limited sensitivity to drag and thermal models (with differences of less than 3% across configurations and computational codes), the results underline the paramount role of chemical kinetics in determining the distribution of bio-oil (TAR), biochar (CHAR), and syngas (GAS). Simplified kinetic schemes consistently underestimated TAR yields by up to 20% and overestimated CHAR and GAS yields compared to experimental data (which is shown for different biomass compositions and different operating conditions) and can be significantly improved by redefining the reaction scheme. Refined kinetic parameters improved TAR yield predictions to within 5% of experimental values while reducing discrepancies in GAS and CHAR outputs. These findings underscore the necessity of precise kinetic modeling to enhance the predictive accuracy of pyrolysis simulations.Fil: Venier, César Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Torres, Erick David. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Patagonia Confluencia. Instituto de Investigacion y Desarrollo En Ingenieria de Procesos, Biotecnologia y Energias Alternativas. Grupo Vinculado Instituto de Ingenieria Quimica | Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigacion y Desarrollo En Ingenieria de Procesos, Biotecnologia y Energias Alternativas. Grupo Vinculado Instituto de Ingenieria Quimica.; ArgentinaFil: Fouga, Gastón Galo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Fundación José A. Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Rodriguez, Rosa Ana. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Patagonia Confluencia. Instituto de Investigacion y Desarrollo En Ingenieria de Procesos, Biotecnologia y Energias Alternativas. Grupo Vinculado Instituto de Ingenieria Quimica | Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigacion y Desarrollo En Ingenieria de Procesos, Biotecnologia y Energias Alternativas. Grupo Vinculado Instituto de Ingenieria Quimica.; ArgentinaFil: Mazza, German Delfor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Reyes Urrutia, Ramón Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. 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Fil: Venier, César Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; Argentina
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