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;
chemical kinetics; biofuel production
fast pyrolysis
Eulerian model; biomass;
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
OAI Identificador
oai:ri.conicet.gov.ar:11336/260951
Acceder
id CONICETDig_f762b4c8f9f0ac6ea77ecaf061e18ee3
oai_identifier_str oai:ri.conicet.gov.ar:11336/260951
network_acronym_str CONICETDig
repository_id_str 3498
network_name_str CONICET Digital (CONICET)
spelling Computational Modeling of Biomass Fast Pyrolysis in Fluidized Beds with Eulerian Multifluid ApproachVenier, César MartínTorres, Erick DavidFouga, Gastón GaloRodriguez, Rosa AnaMazza, German DelforReyes Urrutia, Ramón Andrésfast pyrolysiscomputational fluid dynamicsEulerian model; biomass;chemical kinetics; biofuel productionfast pyrolysisEulerian model; biomass;https://purl.org/becyt/ford/2.4https://purl.org/becyt/ford/2This 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; 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. 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; ArgentinaMDPI2024-12info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501info:ar-repo/semantics/articuloapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/11336/260951Venier, César Martín; Torres, Erick David; Fouga, Gastón Galo; Rodriguez, Rosa Ana; Mazza, German Delfor; et al.; Computational Modeling of Biomass Fast Pyrolysis in Fluidized Beds with Eulerian Multifluid Approach; MDPI; Fluids; 9; 12; 12-2024; 1-172311-5521CONICET DigitalCONICETenginfo:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://www.mdpi.com/2311-5521/9/12/301info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.3390/fluids9120301info:eu-repo/semantics/openAccesshttps://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/reponame:CONICET Digital (CONICET)instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas2025-10-22T11:01:31Zoai:ri.conicet.gov.ar:11336/260951instacron:CONICETInstitucionalhttp://ri.conicet.gov.ar/Organismo científico-tecnológicoNo correspondehttp://ri.conicet.gov.ar/oai/requestdasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.arArgentinaNo correspondeNo correspondeNo correspondeopendoar:34982025-10-22 11:01:31.309CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicasfalse
dc.title.none.fl_str_mv Computational Modeling of Biomass Fast Pyrolysis in Fluidized Beds with Eulerian Multifluid Approach
title Computational Modeling of Biomass Fast Pyrolysis in Fluidized Beds with Eulerian Multifluid Approach
spellingShingle Computational Modeling of Biomass Fast Pyrolysis in Fluidized Beds with Eulerian Multifluid Approach
Venier, César Martín
fast pyrolysis
computational fluid dynamics
Eulerian model; biomass;
chemical kinetics; biofuel production
fast pyrolysis
Eulerian model; biomass;
title_short Computational Modeling of Biomass Fast Pyrolysis in Fluidized Beds with Eulerian Multifluid Approach
title_full Computational Modeling of Biomass Fast Pyrolysis in Fluidized Beds with Eulerian Multifluid Approach
title_fullStr Computational Modeling of Biomass Fast Pyrolysis in Fluidized Beds with Eulerian Multifluid Approach
title_full_unstemmed Computational Modeling of Biomass Fast Pyrolysis in Fluidized Beds with Eulerian Multifluid Approach
title_sort Computational Modeling of Biomass Fast Pyrolysis in Fluidized Beds with Eulerian Multifluid Approach
dc.creator.none.fl_str_mv Venier, César Martín
Torres, Erick David
Fouga, Gastón Galo
Rodriguez, Rosa Ana
Mazza, German Delfor
Reyes Urrutia, Ramón Andrés
author Venier, César Martín
author_facet Venier, César Martín
Torres, Erick David
Fouga, Gastón Galo
Rodriguez, Rosa Ana
Mazza, German Delfor
Reyes Urrutia, Ramón Andrés
author_role author
author2 Torres, Erick David
Fouga, Gastón Galo
Rodriguez, Rosa Ana
Mazza, German Delfor
Reyes Urrutia, Ramón Andrés
author2_role author
author
author
author
author
dc.subject.none.fl_str_mv fast pyrolysis
computational fluid dynamics
Eulerian model; biomass;
chemical kinetics; biofuel production
fast pyrolysis
Eulerian model; biomass;
topic fast pyrolysis
computational fluid dynamics
Eulerian model; biomass;
chemical kinetics; biofuel production
fast pyrolysis
Eulerian model; biomass;
purl_subject.fl_str_mv https://purl.org/becyt/ford/2.4
https://purl.org/becyt/ford/2
dc.description.none.fl_txt_mv 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
description 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.
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024-12
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
http://purl.org/coar/resource_type/c_6501
info:ar-repo/semantics/articulo
format article
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/11336/260951
Venier, César Martín; Torres, Erick David; Fouga, Gastón Galo; Rodriguez, Rosa Ana; Mazza, German Delfor; et al.; Computational Modeling of Biomass Fast Pyrolysis in Fluidized Beds with Eulerian Multifluid Approach; MDPI; Fluids; 9; 12; 12-2024; 1-17
2311-5521
CONICET Digital
CONICET
url http://hdl.handle.net/11336/260951
identifier_str_mv Venier, César Martín; Torres, Erick David; Fouga, Gastón Galo; Rodriguez, Rosa Ana; Mazza, German Delfor; et al.; Computational Modeling of Biomass Fast Pyrolysis in Fluidized Beds with Eulerian Multifluid Approach; MDPI; Fluids; 9; 12; 12-2024; 1-17
2311-5521
CONICET Digital
CONICET
dc.language.none.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://www.mdpi.com/2311-5521/9/12/301
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.3390/fluids9120301
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/
eu_rights_str_mv openAccess
rights_invalid_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
application/pdf
application/pdf
application/pdf
application/pdf
application/pdf
application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv MDPI
publisher.none.fl_str_mv MDPI
dc.source.none.fl_str_mv reponame:CONICET Digital (CONICET)
instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
reponame_str CONICET Digital (CONICET)
collection CONICET Digital (CONICET)
instname_str Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
repository.name.fl_str_mv CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
repository.mail.fl_str_mv dasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.ar
_version_ 1846781201247895552
score 12.982451

Publicaciones similares