Soft photo ionization time-of-flight mass spectrometry (PI-TOF-MS) is applied for real-time analysis of pyrolysis gases from biomass arising in a technical flash pyrolysis plant at the KIT. There, evolving pyrolysis gases are condensed and the obtained oil is immingled with the pyrolysis coke, providing the so-called biosyncrude, whose consistence is influenced by the composition of the pyrolysis gases. For the direct and on-line monitoring thereof, mass spectrometers with two different ionization methods were coupled directly to the pyrolysis reactor via a heated sampling train. On the one hand, an electron-beam pumped excimer light source (EBEL) is used for generation of VUV light for single photon ionization (SPI), which is a universal method to comprehensively ionize (nearly) all organic molecules. On the other hand, laser-based resonance enhanced multi-photon ionization (REMPI) using UV-photons is an ideal detection method for selective analysis of aromatic species in complex samples. The miscellaneous biomass feeds showed distinguishable mass spectra with specific patterns. The main components of the pyrolysis gases were cellulose and lignin decomposition products and in some cases N-aromatics. Applying multivariate analysis provides the basis for the optimization of the bioliq® process in respect of the different slurry consistence and the subsequent gasification step.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine on-line Prozessanalytik für die Charakterisierung von Flash-Pyrolysegasen aus Biomasse an einem Technikumsreaktor am KIT aufgebaut. Diese basiert auf der Photoionisations-Flugzeitmassenspektrometrie, die eine fragmentationsfreie und schnelle Echtzeitanalyse der organischen Bestandteile der Pyrolysegase ermöglicht. Als Ionisationsverfahren wurden zum einen Resonanzverstärkte Multiphotonen-Ionisation (REMPI), und zum anderen Einphotonenionisation (SPI) eingesetzt. Letzteres wurde mit Hilfe einer kompakten VUV-Lichtquelle mit 126 nm Wellenlänge über einen Excimer-Prozess, angeregt durch Elektronenbeschuss von Argongas, erreicht. Damit lassen sich eine Vielzahl von Verbindungen und Substanzklassen ionisieren, und zwar sowohl aromatische als auch aliphatische Verbindungen. Die Anwendung statistischer Methoden zeigt eine deutlich unterscheidbare Pyrolysegaszusammensetzung für die eingesetzten unterschiedlichen Biomassesorten und Temperaturvariationen. Dies beeinflusst wiederum die Eigenschaften der im Prozess anfallenden Biosyncrudes und ermöglicht damit einen Beitrag für die Optimierung des Gesamtprozesses.