Kildebestemmelse af polyaromatiske kulbrinter (PAH)

Afdelingen for Plantebiologi og Biogeokemi

Aromatiske kulbrinter, herunder PAH forbindelse er termodynamisk og kemisk meget stabile forbindelser, der kan dannes i betydelige mængder ved forgasning af biomasse. Med udgangspunkt i de tjærforbindelser, der forekommer i gassen fra modstrømsforgassere, er det forsøgt at identificere de forbindelser, der udgør kilder til dannelse af naphthalen og polyaromatiske forbindelser.

Projektbeskrivelse
Naphthalen og PAH (poly-aromatic hydrocarbons) er termodynamisk og kemisk meget stabile forbindelser. De dannes i relativ stor mængde ved forgasning af biomasse selv ved moderate temperaturer (ca. 800 grader C). Modstrømsforgassere (updraft gasifiers) er karakteriseret ved et højt indhold af phenoler og et relativt mindre indhold af PAH forbindelser i den producerede gas. Mange af de reaktionsvillige pyrolyseprodukter, der sandsynligvis indgår i de tungtflygtige tjæreforbindelser, hidrører fra hemicellulosen og er bl. a. af furfurallignende karakter. De nedbrydes/omdannes relativt let termisk og oxidativt. De fra biomassens ligninindhold dannede phenoler er væsentlige mere stabile forbindelser, der dog også nedbrydes/omdannes termisk. Phenol selv er den mest stabile af phenolforbindelserne og nedbrydes/omdannes ved 650 grader C. Naphthalen og PAH forbindelser dannes ikke direkte ved pyrolyse/forgasning af biomasse, men opstår først ved sekundære reaktioner ved højere temperaturer. Projektets formål er at redegøre for, hvilke forbindelser der udgør de egentlige kilder til de polyaromatiske forbindelser, samt at belyse de underliggende reaktionsveje, der kan relateres direkte til lignin, nemlig phenol, guaiacol, methylguaiacol, eugenol m. fl. Undersøgelserne vil blive udført dels ved kontinuert kørsel af ovennævnte modelforbindelser og blandinger heraf på Risø's forsøgsovne og dels ved anvendelse af analytisk flash pyrolyse
Resultater

Phenoler, 2-methoxy-phenoler og 4-substituerede-2-methoxy-phenoler er introduceret som vandige opløsninger i et kontinuert flow system i temperaturområdet 600-850 grader C. Enzymatisk fremstillede oligomerer af phenol, guaiacol og isoeugenol er endvidere undersøgt. Produkt sammensætningen efter pyrolyse er blevet fastlagt ved GC/MS. De enkelte forbindelser er identificeret på basis af autentiske forbindelser og databaser. De undersøgte tjæreforbindelser udviser en veldefineret og karakteristisk termisk omdannelse. De underliggende reaktionsveje er i betydeligt omfang belyst, og de principielle kilder til de lavmolekylære PAH forbindelser er blevet identificeret. Således er phenol en karakteristisk kilde til specielt naphthalen og indener, medens 2-methoxyphenoler er kilder til aromatiske oxo-forbindelser, eksempelvis kanelaldehyd. Mere komplekse systemer er stærke kilder til de højere PAH forbindelser. Oligomeret phenol og 2-methoxyphenol bidrager signifikant til heteroaromaten dibenzofuran, medens oligomert isoeugenol er en væsenlig kilde til acenaphthylen. Denne korrelation kan være signifikant i relation til kildebestemmelse af PAH forureninger. Det er envidere karakteristisk, at de undersøgte tjæreforbindelser undergår decarbonylerings reaktioner med tab af aromaticitet til følge. De dannede mellemtrin udgøres af meget reaktive cyclopentadiener. Dimeriseringsreaktionerne forløber via Diels-Alder reaktioner, der medvirker til at bevare en høj grad af stereoselektivitet i produkterne. Omlejringerne af disse dimerer resulterer i aromatiske produkter

Key figures

Periode:
1999 - 1999
Bevillingsår:
1999
Egen finansiering:
0,24 mio.
Støttebeløb:
0,30 mio.
Støtteprocent:
56 %
Projektbudget:
0,54 mio.

Kategori

Oprindelig title
Kildebestemmelse af polyaromatiske kulbrinter (PAH)
Program
EFP
Fælles overordnet teknologiområde
Bio og affald
Projekttype
Forskning
Journalnummer
1383/99-0008

Deltagere

Danmarks Tekniske Universitet (DTU) (Main Responsible)
Partner og Økonomi
Partner Tilskud Eget bidrag
Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

Kontakt

Kontakperson
Larsen, Elfinn
Adresse
Forskningscenter Risø. Afdelingen for Plantebiologi og Biogeokemi
P.O. Box 49
DK-4000 Roskilde, Denmark
Egsgaard, Helge (Ph.D., civ.ing.); Projektleder: Larsen, Elfinn (civ.ing.), 46775450, elfinn.larsen@risoe.dk
Øvr. Partnere: Danmarks Tekniske Universitet