The kinetics of the thermal decomposition of the willow wood (Salix viminalis L.) exposed to the torrefaction process

The aim of the study was to analyze the kinetic parameters (activation energy Ea, pre-exponential coefficient A, rate constant k) of thermolysis in torrefied and raw willow wood (Salix viminalis L.), as well as to determine the effect of thermal modification conditions on the kinetics of this process. Samples of raw and torrefied willow wood in a steam atmosphere were analysed. The samples were subjected to thermogravimetric analysis under isothermal conditions. Analyses were conducted in an atmosphere of helium at 270–330°C. TG and DTG curves were recorded. The thermal characteristics of the samples were based on thermogravimetric analysis under dynamic conditions at a temperature of up to 600°C. On the basis of the data obtained from the TGA analyses, the kinetic parameters were calculated and statistical and mathematical analyses of the results were performed.

Celem pracy było obliczenie parametrów kinetycznych (energii aktywacji Ea, współczynnika przedwykładniczego A, stałej szybkości k) procesu termolizy prażonego i surowego drewna wierzby konopianki (Salix viminalis L.) oraz określenie wpływu warunków modyfikacji termicznej na kinetykę tego procesu. Stosowano próbki wikliny surowej oraz prażonej w następujących warunkach: temperatura procesu 200°C, czas prażenia: 6 godzin (W-200-6-H2O), 12 godzin (W-200-12-H2O) oraz 24 godziny (W-200-24-H2O). Proces był prowadzony w atmosferze pary wodnej, działającej przez 6 godzin w początkowym okresie modyfikacji. Surowce poddano analizie termograwimetrycznej w warunkach izotermicznych. Analizy były prowadzone w atmosferze helu w temperaturach 270°C, 285°C, 300°C, 330°C. Rejestrowano krzywe TG i DTG. Charakterystykę termiczną wikliny oparto na analizie termograwimetrycznej w warunkach dynamicznych, w temperaturze do 600°C. Na podstawie danych otrzymanych z wykonanych analiz obliczono parametry kinetyczne (Ea, A, k) i przeprowadzono analizę statystyczno- matematyczną wyników. Wartość energii aktywacji procesu termolizy wikliny zawierała się w przedziale 138,1– –227,3 kJ/mol. Największą wartość Ea (227,3 kJ/mol) uzyskano w przypadku wikliny prażonej w temperaturze 200°C, w czasie 24 godzin (W-200-24-H2O). Surowiec ten również okazał się najbardziej odporny termicznie. W celu ustalenia funkcji g(α), która najlepiej opisuje proces termicznego rozkładu surowego i prażonego drewna wierzby konopianki wybrano trzy modele kinetyczne: F1, D3, R3. Modelem, który najlepiej opisywał dane doświadczalne był model D3, odnoszący się do procesu dyfuzji trójwymiarowej.