Improvement of physical properties of rice husk biomass fuel pellets with the torrefaction process in a fixed bed reactor

Abstract

This research focuses on studying the torrefaction process in a fixed-bed reactor to improve the heating value of rice husk biomass and fuel pellets. The experiment is divided into two parts based on the objectives. Part 1: Improving the thermal properties of rice husk biomass through torrefaction in a fixed-bed reactor, referred to as "torrefied biomass." This part aims to determine the suitable temperature range and duration for the torrefaction process to achieve higher heating value and yield of torrefied charcoal and fuel oil. The experiment involves studying the temperature and time parameters, ranging from 200 to 320 °C and durations of 10, 20, and 30 minutes. The results show that the heating value of the torrefied biomass falls within the range of 18 to 23 MJ/kg. It is important to note that the residence time during heating affects the higher heating value by influencing the evaporation of moisture from the biomass. Higher temperatures may not necessarily lead to an improvement in the higher heating value, as they can impact the biomass's characteristics and moisture content. Part 2: Using the best results obtained from Part 1, this part focuses on compressing the torrefied biomass into fuel pellets. The physical properties of the fuel pellets, such as higher heating value, hygroscopicity, ash content after burning, durability, density, and bulk density, are determined. The experimental results indicate that the ash content after burning ranges from 4 to 6% by weight. The durability meets the standard, with values reaching up to 97.93% by weight. The density and bulk density of the fuel pellets are measured at 688.5 and 1,108.73 kg/m3, respectively. The fuel pellets also demonstrate high resistance to moisture reabsorption, with values exceeding 95%. Additionally, the high calorific value of the fuel pellets reaches 23 MJ/kg, similar to findings from previous research.

In summary, this research aims to enhance the torrefaction process in a fixed-bed reactor to improve the heating value of rice husk biomass and fuel pellets. The results demonstrate the potential to enhance the properties of torrefied biomass and fuel pellets, which could have positive implications for their utilization as a renewable energy source in industries and power generation.

การศึกษากระบวนการทอร์รีแฟกชั่นแบบเบดนิ่งเพื่อปรับปรุงค่าความร้อนของชีวมวลแกลบและการอัดเม็ดเชื้อเพลิง"

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อทดลองและปรับปรุงกระบวนการทอร์รีแฟกชั่นแบบเบดนิ่งเพื่อเพิ่มค่าความร้อนของชีวมวลแกลบและการอัดเม็ดเชื้อเพลิง งานวิจัยถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนตามวัตถุประสงค์ดังนี้ ส่วนที่ 1. การปรับปรุงสมบัติความร้อนของชีวมวลแกลบด้วยกระบวนการทอร์รีแฟกชั่นในเตาปฏิกรณ์เบดนิ่ง โดยใช้ชื่อว่า "ถ่านทอร์รีไฟด์" ในส่วนนี้ได้ศึกษาอุณหภูมิและระยะเวลาที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการที่เกี่ยวข้อง รวมถึงปริมาณผลได้ของถ่านทอร์รีไฟด์และน้ำมันเตา และส่วนที่ 2. เลือกใช้ผลการทดลองที่ได้จากส่วนที่ 1 เพื่ออัดเม็ดเชื้อเพลิงและศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพของเม็ดเชื้อเพลิง ได้แก่ ค่าความเป็นเถ้าหลังการเผาไหม้ ค่าการดูดคืนความชื้น ปริมาณเถ้า ค่าความทนทาน ค่าความหนาแน่น และค่าความหนาแน่นรวม

ในการศึกษาสมบัติทางความร้อนของชีวมวลแกลบด้วยกระบวนการทอร์รีแฟกชั่นตามวัตถุประสงค์ที่ 1 ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบเบดนิ่งและแก๊สหมุนวนในระบบแทนไนโตรเจนเพื่อปรับปรุงชีวมวลแกลบให้เป็นผลิตภัณฑ์แบบแข็งที่เรียกว่า "ถ่านทอร์รีไฟด์" ศึกษาอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการปรับปรุงค่าความร้อน ปริมาณผลได้ของถ่านทอร์รีไฟด์ และการวิเคราะห์ค่าแบบประมาณและแบบแยกธาตุ ในการทดลองนี้ ช่วงอุณหภูมิที่ศึกษาคือ 200-320 องศาเซลเซียส และเวลาคงอยู่ที่ 10, 20, และ 30 นาที ผลการทดลองพบว่าผลิตภัณฑ์อยู่ในช่วงค่า 18-23 เมกะจูลต่อกิโลกรัม และเวลาคงอยู่มีผลต่อการแลกเปลี่ยนความร้อนของชีวมวล การเพิ่มอุณหภูมิจะลดการระเหยของน้ำที่อยู่ในชีวมวลตัวอย่าง การเพิ่มอุณหภูมิอีกอันหนึ่งอาจมีผลต่อค่าความร้อนที่ได้เนื่องจากลักษณะของชีวมวล อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิที่สูงขึ้นไม่ได้หมายความว่าคุณสมบัติทางความร้อนจะเพิ่มขึ้นด้วย เนื่องจากอุณหภูมิสูงขึ้นอาจส่งผลต่อการไล่ความชื้นและสารระเหยในเนื้อชีวมวล ดังนั้น การเลือกใช้อุณหภูมิและเวลาที่เหมาะสมจึงเป็นสิ่งสำคัญในกระบวนการทอร์รีแฟกชั่นดังกล่าว

ส่วนที่สองของการศึกษานี้เน้นที่การใช้ผลการทดลองที่ดีที่สุดจากวัตถุประสงค์ที่ 1 เพื่อศึกษาเม็ดเชื้อเพลิงที่ผลิตจากกระบวนการอัดเม็ดด้วยถ่านทอร์รีไฟด์และน้ำมันเตา เพื่อหาคุณสมบัติทางกายภาพ เช่น ค่าความเป็นเถ้าหลังการเผาไหม้ ค่าความทนทาน ค่าความหนาแน่นและความหนาแน่นรวม ค่าต้านการดูดคืนความชื้นของชีวมวล และค่าความร้อนสูง ผลการทดลองพบว่าเม็ดเชื้อเพลิงที่ผลิตมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: ค่าความเป็นเถ้าหลังการเผาไหม้อยู่ในช่วงร้อยละ 4-6 โดยน้ำหนัก ค่าความทนทานผ่านมาตรฐานและสูงถึงร้อยละ 97.93 โดยน้ำหนัก ค่าความหนาแน่นและความหนาแน่นรวมเป็น 688.5 และ 1,108.73 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตรตามลำดับ ค่าต้านการดูดคืนความชื้นมีผลการทดลองที่ค่าต้านการดูดคืนความชื้นสูงกว่าร้อยละ 95 และค่าความร้อนสูงของเม็ดเชื้อเพลิงสูงถึง 23 เมกะจูลต่อกิโลกรัม

งานวิจัยนี้มุ่งเน้นการปรับปรุงกระบวนการทอร์รีแฟกชั่นแบบเบดนิ่งเพื่อเพิ่มค่าความร้อนของชีวมวลแกลบและการอัดเม็ดเชื้อเพลิง ผลการทดลองแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่จะปรับปรุงคุณสมบัติของถ่านทอร์รีไฟด์และเม็ดเชื้อเพลิงให้มีค่าที่สูงขึ้น ซึ่งอาจมีผลที่ดีต่อการใช้งานและประสิทธิภาพในการใช้เป็นเชื้อเพลิงในอุตสาหกรรมและแหล่งพลังงานไฟฟ้าเชิงพลังงานทดแทน