การไพโรไลซีสแบบเร็วของถ่านทอร์รีไฟด์จากไม้กระถินยักษ์ในเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบฟอง
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
บทความนี้นำเสนอการใช้กระบวนการทอร์รีแฟกชันเพื่อเตรียมไม้กระถินยักษ์ก่อนนำเข้าสู่กระบวนการไพโรไลซีสแบบเร็ว โดยกระบวนการทอร์รีแฟกชันทำในเครื่องปฏิกรณ์แบบท่อไหลเพื่อผลิตถ่านทอร์รีไฟด์ จากนั้นนำถ่านทอร์รีไฟด์ที่ได้ไปใช้เป็นวัตถุดิบในเครื่องปฏิกรณ์ไพโรไลซีสแบบเร็วชนิดฟลูอิไดซ์เบดแบบฟองเพื่อผลิตไบโอออยล์ ถ่านชาร์ และแก๊ส อุณหภูมิทอร์รีแฟกชันที่ใช้มี 5 ระดับ ได้แก่ 240 260 280 300 และ 320 องศาเซลเซียส ผลการทดลองพบว่าช่วงอุณหภูมิดังกล่าวให้ปริมาณผลได้ของถ่านทอร์รีไฟด์ร้อยละ 50-98 ซึ่งสอดคล้องกับระดับที่อุณหภูมิสูง ไบโออยล์ที่ผลิตได้ในขั้นตอนไพโรไลซีสแบบเร็วแบ่งได้เป็น 2 ส่วน ได้แก่ ไบโอออยล์หนักและไบโอออยล์เบา ปริมาณผลได้ของไบโอออยล์รวมลดลงจากร้อยละ 69 เมื่อใช้ชีวมวลที่ไม่ผ่านการทอร์รีแฟกชัน เป็นร้อยละ 16-64 เมื่อใช้ถ่านทอร์รีไฟด์ที่อุณหภูมิ 240-320 องศาเซลเซียส อย่างไรก็ตามไบโอออยล์หนักกลับพบว่ามีปริมาณที่เพิ่มขึ้นจากร้อยละ 30 เป็นสูงสุดร้อยละ 33 เมื่อใช้ถ่านทอร์รีไฟด์ที่อุณหภูมิ 280 องศาเซลเซียส ซึ่งสอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของปริมาณผลได้ทางพลังงานของไบโอออยล์ส่วนนี้จากร้อยละ 34 เป็น 38 งานวิจัยนี้ได้ค้นพบประเด็นที่น่าสนใจอยู่ที่การนำไม้กระถินยักษ์มาผ่านกระบวนการทอร์รีแฟกชันที่อุณหภูมิ 280 องศาเซลเซียส ว่าสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเชิงพลังงานของการไพโรไลซีสแบบเร็วให้ดีขึ้นได้ในแง่ของการแปลงพลังงานร้อยละ 65 ของชีวมวลเริ่มต้นให้อยู่ในรูปของเชื้อเพลิงเหลวและเชื้อเพลิงแข็งชีวภาพได้
Article Details
ลิขสิทธิ์เป็นของวารสารวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ
เอกสารอ้างอิง
A. Pattiya and S. Suttibak, "Fast pyrolysis of sugarcane residues in a fluidised bed reactor with a hot vapour filter," Journal of the Energy Institute, vol. 90, no. 1, pp. 110-119, 2017.
A. Pattiya and S. Suttibak, "Production of bio-oil via fast pyrolysis of agricultural residues from cassava plantations in a fluidised-bed reactor with a hot vapour filtration unit," Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, vol. 95, pp. 227-235, 2012.
S. A. Raja, Z. R. Kennedy, B. C. Pillai, and C. L. R. Lee, "Flash pyrolysis of jatropha oil cake in electrically heated fluidized bed reactor," Energy, vol. 35, no. 7, pp. 2819-2823, 2010.
A. V. Bridgwater, "Review of fast pyrolysis of biomass and product upgrading," Biomass and Bioenergy, vol. 38, pp. 68-94, 2012.
A. A. Boateng and C. A. Mullen, "Fast pyrolysis of biomass thermally pretreated by torrefaction," Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, vol. 100, pp. 95-102, 2013.
T. Wigley, A. C. K. Yip, and S. Pang, "Pretreating biomass via demineralisation and torrefaction to improve the quality of crude pyrolysis oil," Energy, vol. 109, pp. 481-494, 2016.
R. N. Hilten, R. A. Speir, J. R. Kastner, S. Mani, and K. C. Das, "Effect of Torrefaction on Bio-oil Upgrading over HZSM-5. Part 1: Product Yield, Product Quality, and Catalyst Effectiveness for Benzene, Toluene, Ethylbenzene, and Xylene Production," Energy
& Fuels, vol. 27, no. 2, pp. 830-843, 2013.
R. N. Hilten, R. A. Speir, J. R. Kastner, S. Mani, and K. C. Das, "Effect of Torrefaction on Bio-oil Upgrading over HZSM-5. Part 2: Byproduct Formation and Catalyst Properties and Function," Energy & Fuels, vol. 27, no. 2, pp. 844-856, 2013.
M. Atienza-Martínez, I. Fonts, L. Lázaro, J. Ceamanos, and G. Gea, "Fast pyrolysis of torrefied sewage sludge in a fluidized bed reactor," Chemical Engineering Journal, vol. 259, pp. 467-480, 2015.
D. Chen, K. Cen, X. Jing, J. Gao, C. Li, and Z. Ma, "An approach for upgrading biomass and pyrolysis product quality using a combination of aqueous phase bio-oil washing and torrefaction pretreatment," Bioresource Technology, vol. 233, pp. 150-158, 2017.
D. Chen et al., "Combined pretreatment with torrefaction and washing using torrefaction liquid products to yield upgraded biomass and pyrolysis products," Bioresource Technology, vol. 228, pp. 62-68, 2017.
R. Mahadevan et al., "Effect of torrefaction temperature on lignin macromolecule and product distribution from HZSM-5 catalytic pyrolysis," Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, vol. 122, pp. 95-105, 2016.
A. Zheng et al., "Catalytic Fast Pyrolysis of Biomass Pretreated by Torrefaction with Varying Severity," Energy & Fuels, vol. 28, no. 9, pp. 5804-5811, 2014.
B. Mi, Z. Liu, W. Hu, P. Wei, Z. Jiang, and B. Fei, "Investigating pyrolysis and combustion characteristics of torrefied bamboo, torrefied wood and their blends," Bioresource Technology, vol. 209, pp. 50-55, 2016.
W.-H. Chen, K.-M. Lu, S.-H. Liu, C.-M. Tsai, W.-J. Lee, and T.-C. Lin, "Biomass torrefaction characteristics in inert and oxidative atmospheres at various superficial velocities," Bioresource Technology, vol. 146, pp. 152-160, 2013.
S.-W. Du, W.-H. Chen, and J. A. Lucas, "Pretreatment of biomass by torrefaction and carbonization for coal blend used in pulverized coal injection," Bioresource Technology, vol. 161, pp. 333-339, 2014.
S. Zhang, B. Hu, L. Zhang, and Y. Xiong, "Effects of torrefaction on yield and quality of pyrolysis char and its application on preparation of activated carbon," Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, vol. 119, pp. 217–223, 2016.
S. Zhang, Q. Dong, T. Chen, and Y. Xiong, "Combination of Light Bio-oil Washing and Torrefaction Pretreatment of Rice Husk: Its Effects on Physicochemical Characteristics and Fast Pyrolysis Behavior," Energy & Fuels, vol. 30, no. 4, pp. 3030-3037, 2016.
S. Zhang, T. Chen, Y. Xiong, and Q. Dong, "Effects of wet torrefaction on the physicochemical properties and pyrolysis product properties of rice husk," Energy Conversion and Management, 2016.
V. Srinivasan, S. Adhikari, S. A. Chattanathan, and S. Park, "Catalytic Pyrolysis of Torrefied Biomass for Hydrocarbons Production," Energy & Fuels, vol. 26, no. 12, pp. 7347-7353, 2012.
W. Cai, A. Fivga, O. Kaario, and R. Liu, "Effects of Torrefaction on the Physicochemical Characteristics of Sawdust and Rice Husk and Their Pyrolysis Behavior by Thermogravimetric Analysis and Pyrolysis–Gas Chromatography/Mass Spectrometry," Energy & Fuels, vol. 31, no. 2, pp. 1544-1554, 2017.
Y. Chen, H. Yang, Q. Yang, H. Hao, B. Zhu, and H. Chen, "Torrefaction of agriculture straws and its application on biomass pyrolysis poly-generation," Bioresource Technology, vol. 156, pp. 70-77, 2014.
E. B. Hassan, I. Elsayed, and A. Eseyin, "Production high yields of aromatic hydrocarbons through catalytic fast pyrolysis of torrefied wood and polystyrene," Fuel, vol. 174, pp. 317-324, 2016.
J. Li, G. Bonvicini, L. Tognotti, W. Yang, and W. Blasiak, "High-temperature rapid devolatilization of biomasses with varying degrees of torrefaction," Fuel, vol. 122, pp. 261-269, 2014.
Z. Yang, M. Sarkar, A. Kumar, J. S. Tumuluru, and R. L. Huhnke, "Effects of torrefaction and densification on switchgrass pyrolysis products," Bioresource Technology, vol. 174, pp. 266-273, 2014.
T. Wigley, A. C. K. Yip, and S. Pang, "A detailed product analysis of bio-oil from fast pyrolysis of demineralised and torrefied biomass," Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, vol. 123, pp. 194-203, 2017.
A. Zheng et al., "Effect of torrefaction on structure and fast pyrolysis behavior of corncobs," Bioresource Technology, vol. 128, pp. 370-377, 2013.
J. Meng, A. Moore, D. C. Tilotta, S. S. Kelley, S. Adhikari, and S. Park, "Thermal and storage stability of bio-oil from pyrolysis of torrefied wood," Energy & Fuels, vol. 29, no. 8, pp. 5117-5126, 2015.
Y.-F. Huang, H.-T. Sung, P.-T. Chiueh, and S.-L. Lo, "Microwave torrefaction of sewage sludge and leucaena," Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, vol. 70, pp. 236-243, 2017.
S. Sonsupap and A. Pattiya, "Improvement of sugarcane leaves property by torrefaction in a continuous tubular flow reactor," Srinakharinwirot Engineering Journal, vol. 14, no. 1, pp. 106-115, 2019.
S. A. Channiwala and P. P. Parikh, "A unified correlation for estimating HHV of solid, liquid and gaseous fuels," Fuel, vol. 81, no. 8, pp. 1051-1063, 2002.
ECN.NTO (2020, June 1) Phyllis2, database for (treated) biomass, algae, feedstocks for biogas production and biochar [Online]. Available: https://phyllis.nl/
M. Ahiduzzaman and A. K. M. S. Islam, "Energy Yield of Torrefied Rice Husk at Atmospheric Condition," Procedia Engineering, vol. 105, pp. 719-724, 2015.
P. Basu, "Chapter 3 - Pyrolysis and Torrefaction," in Biomass Gasification and PyrolysisBoston: Academic Press, 2010, pp. 65-96.
G. Almeida, J. O. Brito, and P. Perré, "Alterations in energy properties of eucalyptus wood and bark subjected to torrefaction: The potential of mass loss as a synthetic indicator," Bioresource Technology, vol. 101, no. 24, pp. 9778-9784, 2010.
F. Shafizadeh, "Pyrolytic Reactions and Products of Biomass," in Fundamentals of Thermochemical Biomass Conversion. R.P. Overend, T.A. Milne, L.K. Mudge, Ed., Dordrecht: Springer Netherlands, 1985, pp. 183-217.
J. Shankar Tumuluru, S. Sokhansanj, J. R. Hess, C. T. Wright, and R. D. Boardman, "REVIEW: A review on biomass torrefaction process and product properties for energy applications," Industrial Biotechnology, vol. 7, no. 5, pp. 384-401, 2011.
P. Basu, " Biomass Cofiring and Torrefaction," in Biomass Gasification, Pyrolysis and Torrefaction (Second Edition) P. Basu, Ed. Boston: Academic Press, 2013, pp. 353-373.
