Depolymerization of acetosolv lignin through in-situ catalytic fast pyrolysis

Despolimerización de acetosolv lignina mediante pirólisis catalítica rápida in situ

La valorización de corrientes secundarias tal como la lignin Acetosolv es clave en el desarrollo de biorrefinerias de materiales lignocelulósicos. La pirólisis rápida,un proceso termoquímico que convierte biomasa en un producto líquido, actualmente es de particular interés para la producción de compuestos químicos. Sin embargo, la pirólisis rápida convencional de lignina presenta problemas de alimentación, debido a su bajo punto de fusión, aglomeración del lecho y bajo rendimiento de líquidos altamente oxigenados. En este trabajo, se investigó el efecto catalítico de la co-alimentación de CaO y el uso de olivina como material del lecho, para superar estos obstáculos. Se utilizó un sistema de laboratorio de pirólisis rápida con capacidad de alimentación de 0.1 kg/h, para depolimerizar aserrín de pino y lignina Acetosolv a 540 °C. Una caracterización profunda de la fase orgánica utilizando resonancia magnética en estado sólido y líquido proporcionó información estructural más detallada del líquido pirolítico en comparación con las técnicas de caracterización convencionales. Los resultados principales mostraron que la adición de CaO mejoró la alimentación de la lignina dentro del reactor, mientras que se observó un aumento del rendimiento líquido en presencia de olivina. El uso combinado de CaO y olivina pareció ser más beneficioso, ya que mostró el rendimiento más alto de líquido de lignina pirolítica, a pesar de la falta de reproducibilidad.

1. Introducción

Instado por la necesidad de diversificar su conjunto de tecnologías para producir energía renovable, Chile, con su punto natural de biomasa leñosa, es un lugar atractivo para desarrollar y aplicar nuevas tecnologías de conversión termoquímica. En consecuencia, se desarrolló un proceso de pirólisis rápida utilizando un sistema de reactores de lecho fluidizado de tres etapas con una capacidad de alimentación de 25 kg / h en UDT (1). La pirólisis rápida convierte la biomasa principalmente en un producto líquido, que actualmente es de particular interés para la producción química y energética (2). Si toda la biomasa compuesta de hemicelulosas, celulosa y lignina puede convertirse fácilmente, la pirólisis rápida convencional de lignina presenta problemas de alimentación debido a su bajo punto de fusión, aglomeración del lecho y bajo rendimiento de líquidos altamente oxigenados (3). A pesar de estos obstáculos técnicos, los pocos estudios que convirtieron con éxito la lignina mediante la pirólisis rápida indicaron la presencia de compuestos de alto valor como los fenoles, guayacoles y aldehídos (Sedat H. Beis 2010). Para superar algunos de estos problemas técnicos, actualmente se investiga la adición de CaO (4). Los autores concluyeron que la adición de CaO disminuye el contenido de oxígeno del bio-aceite al reducir la concentración de levoglucosan a favor del acetol. 

En este trabajo, investigamos el efecto catalítico de la alimentación conjunta de CaO y el uso de olivina como material del lecho para superar estos obstáculos. En una primera parte, el estudio presenta el trabajo preliminar realizado en una pequeña configuración de pirólisis rápida cuyas condiciones experimentales se han aplicado posteriormente a mayor escala.