Increasing the efficiency of yield of combustible fraction of pyrolysis liquid from plant raw materials

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Today, the use of technologies related to the production and use of renewable energy (bioenergy) is gaining popularity in the energy industry. The use of bioenergy is due to the gradual depletion of fossil resources on which the fuel and energy industry relies. Bioenergy is based on the production of energy from biofuels. At the moment, there is an active development of technologies for the production and expansion of the range of application of various types of biofuels in bioenergy.

AIM: Consideration of the possibility of increasing the efficiency of the yield of the combustible fraction from liquid products of slow pyrolysis of plant materials used in the production of biofuels.

METHODS: The study was conducted experimentally in two stages on the experimental installations for the pyrolysis of plant materials and the separation of pyrolysis liquid shown in the diagrams. The first stage consisted of the process of obtaining liquid products of slow pyrolysis of plant materials. The essence of the second stage consisted of separating the liquid products obtained at the first stage into individual fractions or components in order to identify areas of their application. After each stage, the chemical composition of the obtained products was analyzed with a liquid chromatograph.

RESULTS: The results of studies on obtaining pyrolysis liquid and separating liquid pyrolysis products into separate distillate fractions are described. As a result of the studies, liquid pyrolysis products were obtained from: pine chips, spruce chips, corn cobs and plum pits, which were separated into a liquid and resinous fraction. Both fractions were analyzed for combustion and it was found that the liquid fraction has flammable properties.

CONCLUSION: The use of a two-condenser system increased the efficiency of liquid slow pyrolysis products by 19% due to the additional recovery of combustible components. This additional recovery increased the proportion of furans, ketones, and esters in the combustible fraction. The combustible fraction, consisting of furans, ketones, esters, aldehydes, alcohols, and anhydrous sugars, exhibits flammable properties and can be assumed to be suitable for biofuel production.

About the authors

Viktor G. Sotnikov

Kazan National Research Technological University

Email: vcvcvc12345678@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6202-5487
SPIN-code: 1064-0539

Assistant professor of the Wood Processing Department

Russian Federation, Kazan

Rushan G. Safin

Kazan National Research Technological University

Email: safin@kstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-5790-4532
SPIN-code: 9071-4441

Dr. Sci. (Engineering), professor, Head of the Wood Processing Department

Russian Federation, Kazan

Aidar N. Zagirov

Kazan National Research Technological University

Author for correspondence.
Email: aidarzagirov98@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9804-4236
SPIN-code: 9949-8030

Postgraduate of the Wood Processing Department

Russian Federation, Kazan

Dina A. Akhmetova

Kazan National Research Technological University

Email: pdm_d@list.ru
ORCID iD: 0009-0008-4722-4542
SPIN-code: 7782-0880

Cand. Sci. (Engineering), Assistant professor of the Wood Processing Department

Russian Federation, Kazan

References

  1. Lyu G, Wu S, Zhang H. Estimation and comparison of bio-oil components from different pyrolysis conditions. Frontiersin in Energy Research. 2015;3:1–11. doi: 10.3389/fenrg.2015.00028
  2. Safin RG, Sotnikov VG. Pyrogenetic processing of plant waste into activated carbon. Kazan: KNITU; 2022. (in Russ.) EDN: KMTICV
  3. Oasmaa A, Elliott DC, Korhonen J. Acidity of Biomass FastPyrolysis Bio-oils. Energy & Fuels. 2010;24:6548–6554. doi: 10.1021/ef100935r EDN: OAYSHL
  4. Huang X, Cheng D, Chen F, Zhan X. Reaction pathways of hemicellulose and mechanism of biomass pyrolysis in hydrogen plasma: A density functional theory study. Renew Energy. 2016;96:490–497. doi: 10.1016/j.renene.2016.04.080
  5. Akwasi AB, Charles AM, Neil G, Kevin BH. Production of bio-oil from alfalfa stems by fluidized-bed fast pyrolysis. Ind. Eng. Chem. Res. 2008;47:4115–4122. doi: 10.1021/ie800096g
  6. Safin RG, Sotnikov VG. Energy-saving installation for processing organic waste into fuel and adsorbents. Russian Chemical Journal. 2023;67(3):17–24. doi: 10.6060/rcj.2023673.3 (in Russ.) EDN: FFAIOC
  7. Sotnikov VG, Zagirov AN, Guryanov DA, et al. Review of existing installations for the production of pyrolysis fuel. Systems. Methods. Technologies. 2023;(3):117–122. doi: 10.18324/2077-5415-2023-3-117-122 (in Russ.) EDN: UWOPWM
  8. Goldfarb JL, Dou G, Salari M, Grinstaff MW. Biomass-based fuels and activated carbon electrode materials: An integrated approach to green energy systems. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2017;5:3046–3054. doi: 10.1021/acssuschemeng.6b02735
  9. Safin RG, Sotnikov VG, Zagirov AN, Miftakhov RA. Processing of organic waste into pyrolysis fuel. Systems. Methods. Technologies. 2022;4:116–125. doi: 10.18324/2077-5415-2022-4-116-125 (in Russ.) EDN: UZPNDX
  10. Safin RG, Sotnikov VG, Zagirov AN. Study of separation of pyrolysis gases at different moisture content of plant raw materials. Bulletin of the Orenburg State Agrarian University. 2023;(3):155–160. doi: 10.37670/2073-0853-2023-101-3-155-160 (in Russ.) EDN: WIBZVD.
  11. Zagirov AN, Sotnikov VG, Safin RG. Current state of complex processing of liquid pyrolysis products. Kazan: Shkola; 2024. (in Russ.) EDN: CWZQNE.
  12. Lehman J, Joseph S. Biochar for Environmental Management. Science and Technology. Washington: Earthscan; 2009.
  13. Safin RG, Sotnikov VG, Ziatdinov DF. Installation for the Processing of Plant Waste into Activated Carbon Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2023:809–818.
  14. Safin RG, Sotnikov VG, Ryabushkin DG, et al. Mixing condenser for the separation of pyrolysis gases. Woodworking industry. 2021;(4):45–55. (in Russ.) EDN: XIIIIN
  15. Bridgwater AV. Review of fast pyrolysis of biomass and product upgrading. Biomass Bioenergy. 2012;(38):68–94. doi: 10.1016/j.biombioe.2011.01.048

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Plant waste: а, pine and spruce wood chips; b, corn cob; c, plum pits.

Download (213KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Scheme of the experimental pyrolysis installation: 1, pyrolysis chamber; 2, muffle furnace; 3, heated pipe; 4, first condenser; 5, measuring flask; 6, second condenser; 7, second measuring flask.

Download (211KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Schematic diagram of the experimental separation installation: 1, heating plate; 2, container for the feedstock; 3, thermometer; 4, vapor removal channel; 5, first condenser; 6, measuring flask; 7, second condenser; 8, second measuring flask; 9, pyrolysis liquid; 10, lid.

Download (213KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Kinetic dependences of the volumetric yield of condensed pyrolysis liquid: а, during pyrolysis with one condenser; b, during pyrolysis with two condensers.

Download (252KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Chemical composition of liquid products of slow pyrolysis from various raw materials: а, during pyrolysis with one condenser; b, during pyrolysis with two condensers.

Download (221KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Kinetic dependences of the volumetric yield of pyrolysis distillate fractions: а, during separation with one condenser; b, during separation with two condensers.

Download (350KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Chemical composition of the liquid fraction of distillate from various raw materials: а, during pyrolysis with one condenser; b, during pyrolysis with two condensers: 1, first condenser; 2, second condenser.

Download (225KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

License URL: https://eco-vector.com/for_authors.php#07
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».