Articolo metodologico

Metodo per la Produzione di Pellet durevoli a basso consumo energetico utilizzando ad alta umidità paglia del mais e amido di mais Binder in un appartamento Die Pellet Mill

DOI:

10.3791/54092

⸱

15 giugno 2016

 ,  , 
1Biofuels and Renewable Energy Technology Department, Idaho National Laboratory

In questo articolo

Sommario

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In questo studio, un protocollo è stato sviluppato per produrre pellet di buona qualità utilizzando un mulino pellet die piatta ridotti test consumo specifico di energia ad alta umidità paglia del mais e un legante a base di amido. I risultati hanno indicato che l'aggiunta di un legante amido di mais migliorata la durabilità pellet, ridotto ammende cento e diminuisce il consumo energetico specifico.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Una sfida importante nella produzione di pellet è l'elevato costo associato con essiccazione della biomassa da 30 a 10% (wb) contenuto di umidità. A Idaho National Laboratory, un processo pellettatura alta umidità è stato sviluppato per ridurre il costo di asciugatura. In questo processo i pellet da biomasse vengono prodotti a più alto contenuto di umidità delle materie prime rispetto ai metodi tradizionali, e il pellet di alta umidità prodotta sono ulteriormente essiccati in essiccatoi ad alta efficienza energetica. Questo processo consente di ridurre il contenuto di carica di umidità di circa il 5-10% in pellet, che è principalmente dovuta al calore di attrito sviluppato nello stampo. L'obiettivo di questa ricerca è stato quello di esplorare come aggiunta di legante influenzi il consumo di qualità del pellet e l'energia del processo di pellet di alta umidità in un laminatoio della pallina testa piana. Nel presente studio, crudo paglia del mais è stato pellettizzato in moistures di 33, 36, e il 39% (WB) con l'aggiunta di 0, 2, e l'amido di mais puro 4%. Il pellet parzialmente secche prodotte sono state ulteriormente essiccati alforno aboratory a 70 ° C per 3-4 ore per ridurre l'umidità pellet a meno del 9% (wb). L'alta umidità e pellet essiccati sono stati valutati per le loro proprietà fisiche, come la densità apparente e la durevolezza. I risultati indicano che l'aumento della percentuale di legante al 4% maggiore durata pellet e ridotto il consumo energetico specifico del 20-40% rispetto ai pellets senza legante. A più alto additivazione di legante (4%), la riduzione dell'umidità carica durante pellet era <4%, mentre la riduzione era di circa 7-8%, senza legante. Con 4% legante e 33% (wb) contenuto di carica di umidità, i valori di densità e durabilità massa osservati dei pellet secchi erano> 510 kg / m 3 e> 98%, rispettivamente, e la percentuale di particelle sottili generate stato ridotto a <3 %.

Introduzione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La biomassa è una delle principali risorse energetiche del mondo ed è considerata carbon neutral 1. Densità apparente di balle e di terra biomassa agricola e scheggiato biomasse legnose è basso. Basse densità di massa di biomassa balle (130-160 kg / m 3), la biomassa a terra (60-80 kg / m 3) e scheggiati biomassa legnosa (200-250 kg / m 3) Creazione di stoccaggio, il trasporto e problemi di movimentazione 2, 3. Ridensificante o comprimendo la biomassa a terra utilizzando la pressione e la temperatura aumenta la densità apparente di circa 5 a 7 volte, e aiuta a superare di trasporto e di stoccaggio 4 limitazioni. Mulini a pellet, presse bricchette, ed estrusori a vite sono sistemi di densificazione tipicamente utilizzati per la biomassa 4. Breakeven analisi distanza di trasporto su balle e pellettato materie prime di biomassa ha indicato che pellet possono essere trasportati 1,6 volte più lontano di balle utilizzando un camion per lo stesso costo 5. L'effi trasportocarenze di pellets aumentano con altri modi di trasporto come la ferrovia, poiché è volume-limitato rispetto ai carrelli che sono limitati in peso. Attualmente, in Europa il pellet prodotte da biomassa legnosa sono ampiamente utilizzati per la produzione di bio-energia. Il Canada e gli Stati Uniti sono i maggiori produttori e fornitori di pellet di legno in Europa 6. Pellet prodotte sia da legnose e biomasse erbacee possono essere utilizzati sia per termochimica (cofiring, gassificazione e pirolisi) e la conversione biochimica (etanolo) applicazioni 7-9.

Le qualità di pellets (densità e durabilità) e il consumo energetico specifico del processo di pellettatura dipendono dalle variabili di processo mulino pellet, come il diametro die, muoiono velocità e rapporto tra lunghezza e diametro di stampo e materie prime variabili, come il contenuto di materia prima umidità e la composizione 4. Entrambi laminatoio della pallina variabili di processo e le variabili delle materie prime influenzala qualità del pellet e l'energia specifica utilizzata nel processo. Le dimensioni stampo (cioè rapporto tra lunghezza e diametro) influenzeranno la pressione di compressione ed estrusione, e la velocità di rotazione dado controlla il tempo di permanenza del materiale all'interno dello stampo. Il contenuto di umidità è una variabile materia prima che svolge un ruolo importante interagendo con i componenti della composizione della biomassa (cioè, proteine, amido e lignina) a causa dell'elevata temperatura e pressione incontrati nello stampo. La presenza di umidità aumenta le forze di van der Waals, aumentando così l'attrazione tra le particelle di biomassa 10. In generale, una maggiore umidità nelle impatti biomassa la densità di massa del prodotto compressa a causa di espansione diametrale e laterale appena esce il laminatoio della pallina o premere mattonella muoiono 10. Composizione biomassa, come amido, proteine, lignina e altri carboidrati idrosolubili, influenza il comportamento vincolante se sottoposto a pressione unTemperatura di ND in apparecchiature densificazione 11. Alcune delle reazioni composizione comuni che sono influenzati dall'umidità feedstock, temperatura della matrice, e la pressione sono gelatinizzazione, denaturazione delle proteine, e transizione vetrosa lignina. Generalmente, a temperature di 100 ° C o superiore e un contenuto di materia prima di umidità superiore al 30%, amido in alimenti e mangimi viene gelatinizzato e influenze proprietà tessiturali come durezza 12. Tipicamente, le reazioni di amido sono gelatinizzazione, incollare e retrogradazione. Tra queste reazioni, gelatinizzazione ha la maggiore influenza sulle proprietà pellet 13. L'amido è spesso incluso in applicazioni alimentari e non alimentari come legante. Ad esempio, nella formulazione in compresse amido farmaceutica è usato come riempitivo 4,14. Proteina nella biomassa subisce denaturazione e forma legami complesse a causa della elevata temperatura e pressione sperimentato nel processo di densificazione 11. In generale, più alta di unsupporti di proteine ​​a biomassa si tradurrà in un 15,16 pellet più durevole. Ad esempio, erba medica, che ha una maggiore quantità di proteine, comporta pellets durevoli a più alto contenuto di umidità feedstock. Il grasso nella biomassa riduce le forze di attrito e l'energia di estrusione durante rivestimento o di bricchettatura 11,17. In biomassa lignocellulosica, la presenza di lignina all'interno materiale vegetale aiuta a formare pellets senza l'aggiunta di leganti 18. Woody biomassa ha un contenuto di lignina più elevato (29-33%) se confrontato con una biomassa erbacea, che in genere è costituito da 12-16% lignina 4,19. A bassi contenuti carica di umidità di circa il 10-12% (WB), temperatura di transizione vetrosa della lignina è superiore a 140 ° C 20; che, aumentando il contenuto di umidità riduce la temperatura di transizione vetrosa 21. Secondo Lehtikangas 22, la temperatura di transizione vetrosa di lignina al 8-15% (wb) contenuto di umidità è di circa 100-135 ° C, but aumentando il contenuto di umidità al> 25% (wb) riduce la temperatura di transizione vetrosa a <90 ° C.

biomassa erbacea è disponibile a maggiore contenuto di umidità a seconda del metodo di raccolta e la raccolta di tempo. Nel caso del metodo di singolo passaggio di raccolta del materiale raccolto avrà un contenuto di umidità> 30% (wb) 23. La biomassa è tipicamente essiccato a circa il 10% (wb) contenuto di umidità per renderlo aerobicamente stabile e per prevenire la perdita di sostanza secca durante la conservazione. Lamers et al. 24 ha indicato che al pre-elaborazione biomassa al contenuto di umidità del 30% del costo totale per entrambi di rettifica (fasi 1 e 2) e l'essiccazione è di circa $ 43.60 / ton a secco, e circa $ 15.00 / ton a secco è solo per l'essiccazione della biomassa. Essiccazione della biomassa richiede circa il 65% dell'energia totale di pre-elaborazione, e pellet richiede circa 8-9% 24. Yancey et al. 25 ha confermato il fatto che l'asciugatura è il principale consumatore di energia a biomassa preprocessing. I dati sperimentali e l'analisi tecnico-economica hanno indicato che la gestione dell'umidità efficiente è fondamentale per ridurre i costi della biomassa di pre-elaborazione. Un modo per ridurre il costo di essiccazione e gestire l'umidità materia prima più efficiente è quello di utilizzare un processo di pellettatura alta umidità accoppiato con un metodo a basso temperatura di essiccamento. Nel processo di pellet di alta umidità sviluppata in Idaho National Laboratory, la biomassa è pellettato al contenuto di umidità superiore al 28% (wb); il pellet parzialmente essiccati prodotti, che sono ancora ad alto contenuto di umidità, possono essere essiccati in essiccatoi ad alta efficienza energetica, come grani o nastro essiccatoi 21. Uno dei principali vantaggi di pellet di alta umidità è che aiuta a ridurre il costo di essiccazione, che a sua volta si traduce in una riduzione dei costi totali di produzione di pellet. Analisi tecnico-economica ha indicato che i costi energetici e di produzione sono ridotti di circa il 40-50% utilizzando il processo di pellet di alta umidità rispetto ad un convenzionale metodo di pellet 24,26. il majo motivo di ridotto costo di produzione di pellet è dovuto alla sostituzione di un essiccatore rotativo che opera a temperature elevate di 160 a 180 ° C con un essiccatore grano che opera a temperature più basse di circa 80 ° C o inferiore a 21. Gli altri vantaggi di sostituzione di un essiccatore rotativo con una cintura o asciugatrice grano sono: 1) una maggiore efficienza, 2) ha ridotto il rischio di incendi, 3) non ha bisogno di calore di alta qualità, 4) riduzione di composti organici volatili (COV), 5) ridotti le emissioni di particolato, e 6) non agglomerarsi alta argilla o biomassa appiccicosa 27. Il vapore condizionata passo intensità di energia in pellet convenzionale, tipicamente utilizzato per aggiungere umidità e attivare alcuni componenti biomassa, viene sostituito con un passo di preriscaldamento breve. Questo passaggio aiuta a ridurre il contenuto di umidità delle materie prime, nonché attivare componenti biomassa come lignina. Il calore da attrito sviluppato nello stampo pellet aiuta anche a ridurre il tenore di materia prima di umidità di circa il 5-8% (wb) 21,28. Durante l'alta mprocessi di pellettatura oisture, la pressa non solo comprime la biomassa, ma contribuisce anche a ridurre il contenuto di umidità durante la compressione e l'estrusione. Molti ricercatori hanno fatto esperimenti sui pellet di biomassa grezza e chimicamente pretrattato in una vasta gamma di contenuti di umidità (7-45%, WB) utilizzando un'unica, di laboratorio, anello di scala pilota muore e commerciali sistemi cubettatura continui 10,25,29-40, (Pace, D. 2015. Pelleting di esplosione rifiuti solidi urbani e ammoniaca fibra (AFEX) pretrattati paglia del mais in uno stampo ad anello pressa scala pilota. I biocarburanti Dipartimento, Ingegnere Capo, Facility utente biomassa nazionale, Idaho National Laboratory (dati non pubblicati)) . Questi ricercatori hanno regolato contenuto di carica di umidità della biomassa a diversi livelli desiderati per comprendere l'effetto del contenuto di umidità sulle caratteristiche qualitative dei pellets.

attributi di qualità Pellet, densità apparente e durata nel tempo, sono specifiche normative secondo gli Stati UnitiUn pellet Institute carburante a base di (PFI). Tuttavia, secondo il Comitato europeo di normalizzazione (CEN) la durata è una densità normativa e di massa è una specifica informativa 41. I pellet con valori di durata> 96,5% e densità di massa> 640 kg / m 3 sono designati come pellet super premium basati su standard PFI, mentre i pellet con valori di durata> 97,5% sono designati come pellet con il massimo dei voti. Entrambe le norme CEN e TIF raccomandano pellet con diversi diametri. Ad esempio, PFI raccomanda un diametro nell'intervallo di 6,35-7,25 mm, mentre CEN raccomanda un diametro compreso tra 6-25 mm ed una lunghezza pellet inferiore o uguale a 4 volte il diametro 41. Pellet diametro più piccolo (6 mm) sono da preferire per il trasporto di distanze più lunghe considerato che hanno densità di confezionamento più elevate 28. Per i processi di cubettatura convenzionali, si consiglia di pellet biomassa a basso contenuto di umidità per soddisfare queste specifiche di densità desirable per il trasporto dei pellet lunghe distanze 41. Sia CEN e PFI hanno ulteriori tipi pellet 41. Tumuluru 28 e Tumuluru e Conner 40 hanno indicato che i processi di cubettatura alta umidità sviluppate a aiuto Idaho National Laboratory per la produzione di paglia del mais e pellet di legno con diversi attributi di qualità (densità apparente e di durata) e il consumo energetico specifico che li rende adatti per i diversi scenari di trasporto e logistica.

La maggior parte degli studi di cubettatura di biomassa sono stati fatti utilizzando un unico sistema di pellet. Pellet dati sulla biomassa con tecnologia continua a livello di laboratorio è limitata. Studi su sistemi di rivestimento continui saranno utili per comprendere l'effetto delle variabili di processo pellet come stampo velocità di rotazione, rapporto lunghezza su diametro e morire diametro sugli attributi di qualità e il consumo energetico specifico. I dati in pellet sui sistemi continui possono essere ulteriormente utilizzati per scale il processo di pilotare e sistemi scala commerciale. In generale, un mulino stampo pallina piatto viene utilizzato per lo svolgimento di studi di cubettatura su Woody e biomasse erbacee in un laboratorio 4. Il principio di funzionamento dello stampo scala di laboratorio piatto, pilota, e su scala commerciale mulini stampo ad anello pellet sono simili. Tutti questi mulini a pellet hanno uno stampo forato acciaio duro con due o tre rulli. Ruotando il dado, i rulli esercitano vigore carica e forzano attraverso le perforazioni dello stampo per formare pellets densificati 4.

I nostri studi precedenti su alta umidità pellet di paglia del mais in materia contenuto di umidità del 28-38% (WB), senza alcuna aggiunta di legante portato a valori di durata inferiore a più alto contenuto di umidità materia prima 21,28. Migliorare la durata dei pellet di alta umidità dopo il raffreddamento e l'essiccazione è importante in quanto aiuta a prevenire la disintegrazione dei pellet (perdita di qualità del pellet) durante la movimentazione, STOla rabbia e il trasporto. La disintegrazione di pellet in genere si traduce nella generazione di multe e la perdita di reddito per i produttori di pellet. Leganti sono tipicamente utilizzati nel processo di pellettatura per migliorare la qualità del pellet, in particolare la durata, e di ridurre il consumo energetico specifico. Leganti naturali comunemente usati nel processo di pellet sono proteine ​​e amido 4,28. Amido subisce gelatinizzazione, considerando proteina subisce denaturazione in presenza di calore, umidità e pressione. Entrambe queste reazioni tradurrà in una migliore pellet vincolanti e più durevole a basso consumo di energia. L'obiettivo generale di questo studio è stato quello di sviluppare e dimostrare un processo di pellet di alta umidità utilizzando paglia del mais con l'aggiunta di un legante per la produzione di pellet di buona qualità in termini di durata verde (dopo il raffreddamento) e durata guarito (dopo l'asciugatura) ad un più basso consumo energetico specifico. Gli obiettivi specifici per lo studio erano a 1) condurre ad alta umidità pellet di mais stoltre a diversi contenuti di materie prime di umidità (33, 36, e 39%, BM) e il contenuto di amido legante (0, 2, e 4%), 2) valutare le proprietà fisiche (pellet contenuto di umidità, del diametro di pellet, rapporto di espansione, densità apparente e durata (verde e durata cured), e 3) valutare il consumo energetico specifico del processo di pellet.

Protocollo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

NOTA: Corn balle Stover sono stati acquistati sotto forma di balle da aziende agricole in Iowa, Stati Uniti d'America. Le balle acquistati vengono macinati in sequenza in due fasi. Nella fase 1, le balle paglia del mais sono stati macinati utilizzando una smerigliatrice dotato di uno schermo da 50,8 mm. Nella fase 2, il materiale macinato dallo stadio 1 era ulteriormente terra con un mulino a martelli Bliss dotato di uno schermo da 4,8 mm. Il materiale è stato testato per il contenuto di umidità e la densità apparente e conservato in un contenitore stretto aria per ulteriori test pellet. amido di mais puro è stato procurato da un mercato locale ed è stata misurata per il contenuto di umidità e densità di massa. Il contenuto di umidità e la densità di massa di terra paglia del mais e amido di mais legante sono dati Tabella 1.

figure-protocol-1
Tabella 1. contenuti di umidità e la densità di massa di terra paglia del mais e amido di mais legante.

1. Pellet Mill

  1. Utilizzare una testa piana laminatoio della pallina scala di laboratorio dotato di un motore da 10 HP per l'esecuzione delle prove di cubettatura (Figura 1) 21,28,38.

figure-protocol-2
Figura 1. Schema di un testa piana pellet mulino scala di laboratorio a Idaho National Laboratory (adattato da Tumuluru 21). Un mulino a pellet testa piana è stato utilizzato per effettuare i test di cubettatura alta umidità paglia del mais con e senza aggiunta di legante. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

  1. Luogo nastro riscaldatore flessibile sulla superficie dell'alimentatore tramoggia e vite poi isolarli con lana di vetro per impedire la perdita di calore. Collegare il nastro di riscaldamento ad un regolatore di temperatura per preriscaldare biomassa alla temperatura desiderata nel range di 30-130 ° C.
  2. Dotare il laminatoio della pallina con un variatore di frequenza (VFD). Collegare VFD della pressa al motore pressa. Il controller del motore di alimentazione è un controller motore a corrente continua per variare la velocità di alimentazione di laminatoio della pallina.
  3. Collegare un misuratore di potenza al motore pressa per registrare il consumo energetico. scegliere manualmente un pellet die con un'apertura diametro di 8 mm e una lunghezza-diametro (L / D) pari a 2,6.
  4. Aggiungere un refrigeratore pellet orizzontale alla pressa per raffreddare i pellets caldi che escono stampo pellet. Collegare il dispositivo di raffreddamento per un sistema di scarico per far circolare aria fresca.

2. Preparazione feedstock

  1. Prendere 2-3 kg di mais macinato Stover con un schermo da 4,8 mm. Misurare il contenuto di umidità paglia del mais (vedi punto 4.1) e la densità di massa (vedi punto 4.3) (vedi tabella 2).
  2. Misurare il contenuto di umidità (vedi punto 4.1) e la densità di massa (vedi punto 4.3) del puro (100%) amido di mais leganteprocurato dal mercato locale.
  3. Aggiungere amido di mais legante per la paglia del mais a terra (vedi Tabella 2 per l'aggiunta di legante%)
  4. Calcolare la quantità di acqua da aggiungere per regolare i livelli di umidità della terra e paglia del mais mix legante amido di mais a 33, 36, e il 39% (wb) con l'equazione 1.
    figure-protocol-3 = figure-protocol-4 (1)
    NOTA: Nell'equazione 1, W w è il peso di acqua (g), W s è il peso del campione di biomassa (g), m f: cento umidità finale del campione (wb), e m i: cento contenuto di umidità iniziale il campione (wb%).
  5. Aggiungere l'acqua calcolata alla paglia del mais / amido di mais miscela legante e si fondono in un nastro frullatore scala di laboratorio.
  6. Conservare la paglia del mais / mais mix amido di umidità regolato in un contenitore sigillato e metterlo in frigorifero fissato a4-5 ° C per permettere l'umidità equilibrare.

3. Alta umidità Pelleting processo

  1. Prendere il mix di amido di paglia del mais / grano fuori dal frigorifero e lasciarlo a temperatura ambiente per circa 1-2 ore per portarla a temperatura ambiente.
  2. Caricare il materiale nella tramoggia di alimentazione della pressa. Eseguire il laminatoio della pallina a 60 Hz (380 rpm) muoiono velocità.
  3. Inserire il pressa uniformemente regolando la velocità di alimentazione della pressa per la produzione di pellets in una condizione di stato stazionario. Raffreddare i pellet nel radiatore pellet orizzontale.
  4. ammende distinte generati nel processo di pellettatura utilizzando uno schermo 6,3 millimetri.
    NOTA: Misurare il contenuto di umidità e la durata dei pellet dopo il raffreddamento 21.
  5. Essiccare i granuli alta umidità raffreddate in un forno da laboratorio a 70 ° C per 3-4 ore per ridurre il contenuto di umidità finale dei pellets a meno del 9% (wb).
    NOTA: Misurare il contenuto di pellet di umidità, densità di massa, e durabilità del pellet secchi 21.
  6. Registrare i dati di potenza in un computer durante il processo di pellet.
    NOTA: Vedere la Tabella 2 per le condizioni di prova pellet e Figura 2 per pellet prodotte a 33, 36 e 39% di umidità e il 4% aggiunta di legante amido di mais.

figure-protocol-5
Tabella 2. condizioni di test sperimentali utilizzati nel presente studio.

figure-protocol-6
Figura 2. Fotografia di pellet paglia del mais prodotte con il 4% di legante amido di mais a diversi contenuti di umidità delle materie prime. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

4. pelletProprietà e consumo specifico di energia

NOTA: Gli standard ASABE 42 sono stati utilizzati per misurare il contenuto di umidità, densità, durata e cento multe di materie prime e pellet.

  1. Mettere circa 25-50 g di campioni di terra e pellettato paglia del mais in un laboratorio del forno a 105 ° C per 24 ore. Pesare il campione prima e dopo l'essiccazione. Calcolare il contenuto di umidità con l'equazione 2. Comportamento degli esperimenti in triplice copia.
    figure-protocol-7 (2)
  2. Prendere un singolo pellet e lisciare entrambe le estremità con grinta Utility Cloth. Misurare il diametro del pellet con pinze Vernier. Calcolare il rapporto di espansione del pellet usando l'equazione 3 28. Misurare il diametro dei dieci pellets.
    rapporto di espansione = figure-protocol-8 (3)
    NOTA: Nell'equazione 3, D è il diametro del pellet estruso (mm) ed è il diametro della matrice (mm).
  3. Utilizzare un cilindro di vetro plexi con un'altezza di 155 mm e un diametro di 120 mm. Versare il pellet nel cilindro fino a che trabocca e livellare la superficie superiore con un regolo. Pesare il cilindro con il materiale. Dividere il peso del cilindro dal volume del cilindro per calcolare la densità di massa. Ripetere l'esperimento tre volte.
  4. Mano setaccio il materiale pellettato utilizzando uno schermo 6,3 millimetri. Pesare il materiale che è passato attraverso lo schermo. Il calcolo delle ammende per cento utilizzando la formula 4.
    multe Percentuale = figure-protocol-9 × 100 (4)
  5. Posizionare circa 500 g di pellet senza ammende in ciascun compartimento del tester pellet durata. Tumble pellet a 50 giri / min per 10 min. Setacciare il materiale caduto utilizzando uno schermo 6,3 millimetri. Utilizzare equazione 5 per calcolare la durata percentuale del pellet.
    Durata =tp_upload / 54092 / 54092eq6.jpg "/> × 100 (5)
    Nota: durata verde è la durata del pellet misurati dopo raffreddamento, e durata curata è la durata misurata dopo essiccazione pellet a 70 ° C per 3 ore.
  6. Accedere il consumo di energia laminatoio della pallina utilizzando software di registrazione dati. Registrare i dati di alcun potere di carico (kW) del laminatoio della pallina eseguendo il laminatoio della pallina vuoto alla velocità di morire a 60 Hz. Utilizzare equazione 6 per calcolare il consumo energetico specifico (SEC).
    figure-protocol-10 (6)

Risultati

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Pellet contenuto di umidità

Il contenuto di umidità della biomassa è stata ridotta di circa il 5-8% (wb) dopo pellet. Tale riduzione è attribuibile principalmente al calore di attrito sviluppato nello stampo, e la temperatura di preriscaldamento e di raffreddamento dei granuli ad alta umidità. Inoltre, leganti hanno un impatto sulla quantità di umidità persa. A 0% di legante, la perdita di umidità era di circa il 7-8%, che è d'accordo con i nostri studi precedenti 21,28; considerando che, al 4% di legante, la perdita di umidità nella carica durante pellet era di circa 3-5% (Figura 3). Il legante aggiunto alla biomassa potrebbe aver agito come agente lubrificante. Questo può aver ridotto le resistenze di attrito e ridurre il tempo di permanenza del materiale nel canale stampo causando la diminuzione della perdita di umidità. In studi precedenti morire temperatura misurata immediatamente dopo pellet utilizzando una connessione a infrarossi ilrmometer (Fluke, Modello 561, Fluke Corporation, Everett, WA, USA) ha raggiunto a circa 100-110 ° C 21. L'aumento della percentuale di legante ha ridotto la perdita di umidità, come l'umidità potrebbe essere stato strettamente legato ai granuli di amido. I pellets umidità elevate, ulteriormente essiccati in un forno da laboratorio a 70 ° C per 3-4 ore doveva contenuti di umidità <9% (WB) e questi pellet sono stati utilizzati per misurare le proprietà fisiche come diametro pellet, rapporto di espansione, densità apparente e durata. L'analisi statistica dei dati contenuti pellet di umidità indicato che non vi era un effetto interattivo di contenuti materie prime umidità e legante Inoltre il contenuto di umidità pellet (Tabella 3). Per pellets senza legante e 2% di legante, un aumento del contenuto feedstock umidità ha causato un aumento del contenuto di pellet di umidità (di Tukey p <0,05), ma questa tendenza non era statisticamente significativa al 4% di legante (p≥0.05 di Tukey; Figura 3) .


Figura 3. Effetto del tenore di materia prima di umidità (FMC) e amido di legante sul contenuto di pellet di umidità dopo il raffreddamento (media ± 1SD; n = 3). I test condotti cubettatura senza leganti per effetto di accrescere la perdita di contenuto di materia prima di umidità rispetto ai test condotti con legante. Diverse lettere indicano differenze significative con i test post hoc di Tukey HSD (p <0.05). Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

pellet Diametro

Il diametro del pellet al contenuto di umidità del 33%, con e senza aggiunta di legante era nell'intervallo 8.4-8.7 mm dopo raffreddamento (dati non mostrati). Aumentare i feedtac contenuto di umidità a 36 e 39% (wb) con legante aggiunto aumentato il diametro pellet ad un valore massimo di 9,3 mm (dati non mostrati). Questi granuli sono stati ulteriormente essiccati in un forno da laboratorio a 70 ° C per circa 3-4 ore. Essiccazione ha comportato una riduzione del diametro del pellet di circa 0,3-0,4 mm. La ragione principale per una diminuzione del diametro dopo essiccamento era dovuta alla contrazione dei pellets. C'era un effetto statisticamente significativo dell'interazione tra contenuto feedstock umidità e additivazione di legante sul diametro pellet dopo essiccazione (Tabella 3). Al 33% di carica di umidità diametro pellet dopo essiccamento era nell'intervallo di 8,3 a 8,5 millimetri, mentre aumentando il contenuto di umidità materia prima al 36% o 39% maggiore del diametro del pellet per circa 8,7 mm (Figura 4). Questo aumento è statisticamente significativa tra il 33% e il 39% in assenza di legante è stato utilizzato (di Tukey p <0,05), probabilmente a causa delle alte deviazioni nelle misurazioni.

figure-results-1
Figura 4. Effetto del tenore di materia prima di umidità (FMC) e amido di mais legante del diametro pellet dopo l'essiccazione (media ± 1SD; n = 10) di diametro maggiore a pellet con un aumento della materia prima contenuto di umidità e l'aggiunta di amido.. Diverse lettere indicano differenze significative con i test post hoc di Tukey HSD (p <0.05). Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

rapporto di espansione

rapporto di espansione è calcolato utilizzando il diametro pellet (equazione 3). I valori del rapporto di espansione è stata superiore per i pellet Dopo raffreddamento rispetto a dopo essiccamento (dati non mostrati). Al 33% di umidità senza e conInoltre legante, i valori del rapporto di espansione Dopo raffreddamento erano nella gamma di 1,16-1,20. Aumentando ulteriormente il contenuto di umidità a 36 e 39%, senza aggiunta di legante aumentato i valori del rapporto di espansione a 1,35. Il pellet secchi avevano rapporti di espansione più bassi, che era dovuto principalmente alla contrazione del pellet sia diametralmente e lateralmente. Al 33% di contenuto di umidità feedstock i valori del rapporto di espansione con e senza aggiunta di legante erano nell'intervallo 1,11-1,07 (figura 5). Aumentando il contenuto di carica di umidità a 36 e 39% ulteriormente aumentato i valori del rapporto di espansione a 1,10-1,18 (figura 5); tuttavia, questo era statisticamente significativa per il 33% rispetto al contenuto di umidità del 39% senza aggiunta di legante (di Tukey p <0.05; Tabella 3). Nel caso del diametro di pellet e rapporto di espansione, l'aggiunta di un legante a base di amido aumentato questi valori a tutto il contenuto di umidità feedstock, ma queste differenze non erano statisticamentesignificativa (p≥0.05 di Tukey). I risultati del rapporto di espansione dopo l'essiccazione confermano i risultati di studi precedenti, in cui l'aumento di umidità delle materie prime è aumentato il rapporto di espansione e ulteriormente diminuito i valori della densità apparente 28.

figure-results-2
Figura 5. Effetto del contenuto di carica di umidità (FMC) e legante a base di amido sul rapporto di espansione di pellet dopo essiccazione (n = 10). Rapporto di espansione di pellet aumento con un aumento del contenuto di umidità feedstock con e senza aggiunta di legante. Diverse lettere indicano differenze significative con i test post hoc di Tukey HSD (p <0.05). Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Den Bulksità

La densità apparente dei pellet con un tenore di materia prima di umidità del 33% con e senza legante e misurati dopo raffreddamento era nell'intervallo di 464-514 kg / m 3 (dati non mostrati). A 36 e 39% di umidità senza carica legante i valori di densità apparente erano nella gamma di 437-442 kg / m 3. L'aggiunta di legante a questi contenuti di materie prime di umidità ridotta densità apparente di <400 kg / m 3. Essiccazione i pellets alta umidità in un forno da laboratorio a 70 ° C per circa 3 ore ridotto il contenuto di umidità dei pellets a meno del 9% (wb). C'era un leggero aumento dei valori di densità apparente di circa 50 kg / m 3 dopo essiccazione. L'aumento della densità apparente dopo l'essiccazione potrebbe essere dovuto a un minor numero di ponti liquidi inter-particelle, che potrebbero aver mantenuto le particelle più stretta con struttura meno aperta. Oginni 44 ha osservato che la densità di massa di terreno de Loblolly pinopiegato con un aumento del contenuto di umidità. Per pellet con un tenore di materia prima di umidità del 33%, con e senza l'aggiunta di legante, la densità apparente dei pellets era nella gamma di 520-530 kg / m 3 (Figura 6). A maggior contenuto di carica di umidità del 36 e 39% (wb), la densità apparente dei pellets essiccati significativamente diminuita a <434 kg / m 3 e <437 kg / m 3, rispettivamente. C'era un effetto statisticamente significativo dell'interazione tra contenuto feedstock umidità e legante Inoltre sulla densità apparente (Tabella 3). In generale, la densità apparente diminuiva con l'aumento di partenza contenuti carica di umidità. Inoltre, vi è qualche indicazione che densità apparente diminuiva con un aumento del contenuto di amido (Figura 6).

figure-results-3
Figura 6. Effetto di contenuti feedstock umidità (FMC) e amido di legante sulla densità di massa di pellet dopo essiccazione (media ± 1SD; n = 3) Bassa feedstock contenuto di umidità del 33% (wb) e nessun legante provocato la più alta densità apparente.. Aggiunta 2 e 4% di legante a diverso contenuto di umidità feedstock comportato valori di densità apparente inferiore. Diverse lettere indicano differenze significative con i test post hoc di Tukey HSD (p <0.05). Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Durata (%)

dopo il raffreddamento

Durata verde

Figura 7 mostra la durevolezza del pellet dopo raffreddamento (gforza reen) e dopo essiccamento in stufa a 70 ° C per 3-4 ore (resistenza cured). I valori di durata superiori di pellet di alta umidità sono desiderabili in quanto si tradurrà in meno rotture durante la movimentazione e lo stoccaggio a causa di resistenze di taglio e di impatto. Per l'ANOVA, l'interazione è stata significativa tra contenuto di umidità feedstock, legante per cento, e l'essiccazione (Tabella 3). I valori di durata dei pellets Dopo raffreddamento aumenta con un aumento del contenuto di legante (tabella 3; Tukey p <0,05). Al 33% (wb) tenore di materie prime di umidità, i valori di durata senza leganti sono stati circa 87,2%; considerando che, con l'aggiunta di un amido legante 2 e 4%, i valori durabilità aumentata a 93,2 e 96,1% (Figura 7). L'andamento è stato simile per le altre materie prime contenuti di umidità del 36 e 39% (WB). Senza legante i valori di durata sono stati circa il 80%; tuttavia, l'aggiunta di legante alla biomassa aumentato i valori di durata. La durata incrfacilitato a circa il 90% quando pellets sono state fatte con un tenore di materia prima di umidità del 36% e il 4% di amido legante. A ancora più elevato di materie prime contenuto di umidità del 39% (WB) l'andamento è stato simile, ma i valori complessivi di durata è diminuito rispetto agli altri contenuti materie prime di umidità.

figure-results-4
Figura 7. Effetto del tenore di materia prima di umidità (FMC) e amido di legante sulla durata dopo il raffreddamento e dopo l'essiccazione. (Media ± 1SD; n = 3) i valori di durabilità di alta umidità pellet paglia del mais prodotti a 33, 36 e 39% (wb) contenuto di carica di umidità aumenta con additivazione di legante sia dopo il raffreddamento e dopo l'essiccazione. Diverse lettere indicano differenze significative con i test post hoc Tukey HSD (p <0.05). Fate clic qui per vedere una versione più grande di questa figura.

dopo l'essiccazione

Durata guarito

L'essiccazione dei pellets alta umidità in un forno da laboratorio a 70 ° C per 3-4 ore portato nella cura dei pellets, aumentando così la durata del pellet. I valori di durata dei pellet in 33, 36 e 39% (wb) feedstock umidità aumentato a> 92% (Figura 7). I valori di durata a 33% di carica di umidità aumentata a circa il 98% dopo essiccazione (Figura 7). Questi risultati corrispondono a stretto contatto con il lavoro precedente 21,28. I valori di durata dei pellet usando un legante aumentati dopo essiccamento (p di Tukey <0.05). Al 33% di materie prime di umidità e il 4% di legante, i valori di durata finali osservati sono stati circa il 98%. L'andamento è stato simile a 36 e il 39% delle materie primeumidità, dove il legante ha avuto un impatto positivo sui valori di durata (di Tukey p <0.05). Al 39% di umidità materia prima con un legante aggiunta di 2 e 4%, i valori durabilità aumentata a circa il 94-95%.

Multe per cento

Nel presente studio, le ammende per cento generati durante pellet sono stati superiori al 36 e 39% (wb) rispetto al 33% di umidità (wb) materia prima. Leganti Aggiunta portato nel ridurre le ammende cento generati tutti contenuti di umidità materie prime rispetto ai test senza aggiunta di legante (Figura 8). test in pellet condotti senza legante hanno mostrato i più alti multe per cento dei circa 11% a 39% (wb) feedstock umidità contenuti. L'aggiunta di 2 e il 4% di legante per la paglia del mais, è diminuito l'importo delle ammende per cento generati durante pellet per il 33% e il 36% (wb) rispetto al pellet senza legante aggiunto. Tegli bassi ammende percentuale osservati in questo studio erano al 4% aggiunta legante e 33% (wb) contenuto di carica di umidità (circa 3%).

figure-results-5
Figura 8. Effetto del contenuto di materie prime di umidità e amido di legante sulle multe per cento ottenuti dal materiale di pellet. In materia prima il contenuto di umidità del 33, 36 e 39% (wb) aggiunta di legante ridotto le ammende per cento nel materiale pellettato. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Consumo specifico di energia

Il consumo energetico specifico è stato influenzato da legante aggiunta (Figura 9). In assenza di legante, la specifica enENERGIA a 33, 36, e 39% di materie prime di umidità era tra 118-126 kWhr / ton. L'aggiunta di un legante 2% ha ridotto il consumo specifico di energia a circa 75-94 kWhr / ton. Aumentando ulteriormente la percentuale di legante al 4% riduce ulteriormente il consumo energetico specifico a circa 68-75 kWhr / ton per tutti i contenuti carica di umidità che sono stati testati. Aggiungendo il legante a 2 e 4% ridotto il consumo energetico specifico di circa il 20-40%.

figure-results-6
Figura 9. Effetto del contenuto di feedstock umidità e amido legante sul consumo energetico specifico del processo di pellettatura alta umidità. Consumo energetico specifico del processo di pellettatura paglia del mais alta umidità è stata ridotta di circa il 20-40% con aggiunta di amido 2 e 4% legante a base. cliccate qui per visualizzare un versio più grande n di questa figura.

Analisi statistica

L'analisi statistica è stata completata nel JMP 10 43. Un ANOVA a due vie è stato utilizzato per determinare gli effetti di contenuto di materie prime di umidità (33, 36, 39%) e amido di mais legante (0, 2, 4%) sul contenuto di umidità pellet (n = 3), il diametro del pellet (n = 10), rapporto di espansione (n = 10), e densità apparente (n = 3). A tre vie ANOVA è stato utilizzato per determinare gli effetti di umidità (33, 36, 39%), amido di mais legante (0, 2, 4%), e l'essiccazione (prima dell'essiccazione, dopo asciugatura) sulla durata (n = 3 ). Residui soddisfatte le ipotesi ANOVA per la normalità e l'omogeneità della varianza. Per soddisfare queste ipotesi, il contenuto di umidità pellet fu trasformato innalzando i dati al 4 esima potenza. Se i fattori esaminati nel ANOVA sono stati significativi a p <0.05, test di Tukey HSD sono stati utilizzati per i confronti post hoc a coppie.

tenda "fo: keep-together.within-page =" 1 "> figure-results-7
Tabella 3. La significatività statistica delle variabili di processo sulla base di analisi della varianza (ANOVA).

Discussione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Le fasi critiche nel metodo ad alta umidità pellet per produrre pellet con la durata desiderata in basso consumo energetico specifico sono: 1) essiccare il alta umidità paglia del mais ai livelli di umidità desiderato (33-39%, wb), 2) oltre cento legante e 3) di alimentazione elevata biomassa umidità uniformemente nella pressa. umidità materie prime e la percentuale di legante sono variabili di processo che hanno influenzato le proprietà pellet (densità e la durata delle pastiglie prima di raffreddarsi e dopo l'essiccazione) e il consumo energetico specifico del processo di pellet. Si raccomanda di verificare il contenuto di umidità della carica prima di essere utilizzato per studi di rivestimento. Alimentazione di alta umidità paglia del mais a 33, 36 e 39% (WB) in modo uniforme al mulino a pellet ha un impatto sulla qualità e il consumo di energia. Modifica l'alimentatore laminatoio della pallina con un variatore di frequenza è essenziale per alimentare i biomassa in modo uniforme al mulino pellet.

I risultati delQuesto studio ha indicato che l'aggiunta di legante alla elevata umidità paglia del mais ha ridotto la densità apparente dei pellets marginalmente, ma migliora notevolmente la durabilità. L'aggiunta di un legante a base di amido aumentato il contenuto di umidità nel pellet dopo la compressione e l'estrusione, ma l'aumento è stato trovato non statisticamente significativa in quasi tutti i casi studiati. La perdita di umidità durante pellet era circa 3 a 4% di aggiunta di 4% di legante, mentre era più alta (7-8%, wb) senza legante. L'aggiunta di un legante alla paglia del mais potrebbe avere 1) ridotto il tempo di permanenza del materiale nello stampo e 2) ridurre le resistenze di attrito nello stampo, riducendo così la temperatura della matrice, che potrebbe aver provocato meno perdita di umidità durante la compressione ed estrusione nel pellet die.

C'è stato un aumento del diametro pellet dopo che è stato estruso dalla filiera pellet ed essiccato (Figura 4). Questo aumento è stato grandeer a più alto contenuto di materie prime di umidità e con l'aggiunta di amido di legante. La densità apparente dei pellets era nella gamma di 510-530 kg / m 3 al 33% (wb) contenuto di carica di umidità con e senza un legante. Precedenti ricerche hanno indicato che più elevato contenuto di materie prime di umidità di circa il 38% (wb) si traduce in minore densità di massa, principalmente a causa dell'espansione dei pellets in uscita attraverso il morire 21,28. È un fenomeno comune che, quando il materiale di biomassa alta umidità viene estruso attraverso la matrice sotto pressione si traduce in umidità appassimento 12,21. L'umidità appassimento cede all'espansione del pellet, sia in senso assiale e diametrale. In generale, l'espansione diametrale è più prominente rispetto alla dilatazione assiale. Un altro motivo per il comportamento di espansione della biomassa dopo la compressione e l'estrusione attraverso la filiera pellet potrebbe essere che le fibre biomassa rilassarsi in presenza di umidità. Ndiema et al. 45 eMani et al. 18 indica che il rilascio della pressione applicata in uno stampo provoca rilassamento della biomassa compresso. Le caratteristiche di rilassamento dipendono da molti fattori, come la dimensione delle particelle, contenuto di umidità delle materie prime e la pressione applicata. Inoltre, in questo studio abbiamo osservato che la densità di massa aumenta dopo l'essiccazione, che potrebbe essere a causa di un minor numero di ponti liquidi inter-particelle che potrebbero hanno mantenuto le particelle più vicino e ha prodotto una struttura meno aperta. Oginni 45 ha osservato che la densità di massa di terreno Loblolly pino è diminuita con l'aumento del contenuto di umidità.

Durata del pellet è stata misurata per capire la forza del pellet. In generale, pellet sono soggette a taglio e l'impatto resistenze durante la conservazione, il trasporto e il processo di movimentazione 4,46. Kaliyam e Morey 47 suggerito che la durata di pellet prodotte subito dopo la produzione (resistenza verde) è diverso da quello durabilità del pellet che vengono memorizzati per un paio di giorni dopo la produzione (resistenza cured). I pellet con valori di durata inferiore rompono e aumentano il rischio di problemi di archiviazione, come il rilascio di gas e la combustione spontanea che potrebbe causare la perdita di entrate per i produttori di pellet. Secondo il Comitato europeo di normalizzazione (CEN) e gli Stati Uniti a pellet Combustibili Institute (PFI) i valori raccomandati della durabilità sono> 96,5% per l'alta qualità o pellet di qualità premium 31. In questo studio, i valori durabilità aumentata a circa il 94-95% quando granuli con un legante amido al contenuto di umidità del 39% rispetto al pellet senza legante che avevano valori di durata nell'intervallo 83-85% dopo l'essiccazione. Il pellet prodotte al 33% (wb) tenore di materie prime di umidità avevano valori di durata> 96,5% e soddisfano gli standard internazionali.

L'umidità ha diverse funzioni durante la biomassa pellet, tra cui: 1) la formazione di ponte solido trale Waals particelle biomassa causa van der, 2) attivando leganti naturali come proteine, amido e lignina presente nella biomassa, e 3) promuovere amido e proteine ​​reazioni basate come gelatinizzazione e denaturazione che hanno un forte impatto sulle proprietà strutturali, quali durezza 4-12. Nel caso della biomassa lignocellulosica, il principale legante è lignina (biomasse legnose: 27-33%, biomasse erbacee: 12-16%) 4. Contenuto di lignina in paglia del mais è stato determinato in media circa il 16% sulla base di una revisione dei dati relativi alla composizione, comprese le fonti di letteratura e database delle materie prime 48. molecole lignina, che hanno maggiore mobilità a maggiore contenuto di umidità, agiscono come un adesivo e si traducono in forte legame; tuttavia, a livelli molto elevati di umidità agirà più come un lubrificante con conseguente meno vincolanti. Nel presente studio, ad un elevato contenuto di umidità di circa il 39% (wb) umidità potrebbe aver agito più come un lubrificante e portato a scarsa durabilità unND più generazione multe nel processo di produzione di pellet. Valori durabilità sono stati osservati con l'aggiunta di un legante in una materia prima più elevato contenuto di umidità del 36 e 39% (wb), che potrebbe essere causato da gelatinizzazione dell'amido in presenza di temperatura della matrice e del contenuto di umidità feedstock. Queste reazioni gelatinizzazione possono portare alla formazione di reticolazione di amido con gli altri componenti della biomassa.

Le multe per cento generati durante il processo di pellet è un buon indicatore per il modo in cui la biomassa formerà pellet. Generazione di polveri sottili durante i risultati del processo pellet di prodotto e la perdita di entrate per il produttore di pellet. generazione multa eccessiva durante i processi di pellettatura può anche avere un impatto sulla qualità attributi come la densità e la durata nel tempo. La generazione multe durante il processo di produzione di pellet è influenzata dalla composizione biomassa (cioè, amido, proteine, lignina, e cere), variabili di processo pellettizzatrice cioè, rapporto tra lunghezza e diametro (rapporto L / D), die velocità di rotazione, condizione a vapore, preriscaldamento), e le variabili delle materie prime (ad esempio, il contenuto di umidità delle materie prime, la dimensione delle particelle e la velocità di avanzamento) 4. Questi risultati indicano che l'aggiunta di legante non solo riduce la percentuale di particelle fini prodotte, ma aiuta anche a migliorare le proprietà fisiche riducendo il consumo energetico specifico. Lower multe per cento generati indicano che la biomassa ha una maggiore pelletability.

Tumuluru et al. 4 nella loro opinioni sistemi densificazione idonei a fare la biomassa in un prodotto tipo di merce indicato che l'aggiunta di leganti contribuisce a ridurre l'energia di estrusione, che si traduce nella riduzione del consumo energetico specifico. Tipicamente, la lunghezza e diametro (L / D) Rapporto controlla il tempo di permanenza del materiale nello stampo e aiuta il legame della biomassa. Inoltre, il rapporto L / D controlla l'energia estrusione e le speciil consumo di energia fic. Higher rapporto L / D aumenta il tempo di permanenza, che migliora le proprietà fisiche dei pellets, ma aumenta l'energia necessaria per l'estrusione. L'aggiunta di un legante a biomassa può contribuire a legare la biomassa in basso rapporto L / D e ridurre l'energia di estrusione. In questo studio, è stata selezionata una lunghezza costante al diametro (L / D) rapporto (2,6). La ricerca futura è volto a comprendere l'effetto del rapporto L / D della matrice pellet e la sua interazione con il contenuto feedstock umidità attributi di qualità pellet.

I dati sperimentali sulla biomassa pre-elaborazione (macinatura, essiccazione e pellet) ottenuto dalla biomassa National Facility utente (https://www.inl.gov/bfnuf/) situato a INL e associati analisi tecnico-economica hanno indicato che l'essiccazione della biomassa da 30- 10% (wb) consuma una grande quantità di energia (dati non pubblicati). Il processo di pellet di alta umidità sviluppata a INL può aiutare a ridurre il costo di produzione di pellet rispetto ad un convenzionale pelletmetodo di produzione 24. Il presente studio ha indicato che l'aggiunta di un legante a base di amido ad un processo di pellettatura alta umidità migliorata la durabilità del pellet a> 92% dopo il raffreddamento il contenuto feedstock umidità del 36 e 39% (wb), ed è anche ridotto l'energia specifica consumo del processo di pellettizzazione di circa il 20-40%. valori superiori di durabilità dei pellet a più alto di umidità materia prima è importante in quanto possono essere gestite in modo efficiente dai trasportatori. In genere basso pellet di durata si sbriciolano a multe durante la movimentazione e lo stoccaggio, che si traduce in perdita di reddito per i produttori di pellet. Inoltre, le multe generate nel processo può comportare rischi per la sicurezza, come la combustione spontanea e rilascio di gas 28,41. La riduzione di energia specifica di circa il 20-40% usando un legante superiore al costo del legante. Inoltre, sulla base di questo studio possiamo concludere che alcuni dei sottoprodotti di industrie alimentari potrebbero essere utilizzati per la biomassa pelletper le applicazioni bioenergetiche. Attualmente, il processo di pellet di alta umidità è stata dimostrata utilizzando uno stampo piatto laminatoio della pallina scala di laboratorio. Il protocollo qui descritto per il mulino a pellet su scala di laboratorio sarà la base per lo sviluppo di modelli in scala-up e per testare il processo in mulini su scala pilota e pellet su scala commerciale.

Dichiarazioni

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Non esistono interessi finanziari concorrenti. Queste informazioni sono state preparate come resoconto di un lavoro sponsorizzato da un'agenzia del governo degli Stati Uniti. Né il governo degli Stati Uniti né alcuna agenzia dello stesso, né alcuno dei suoi dipendenti, fornisce alcuna garanzia, esplicita o implicita, o si assume alcuna responsabilità legale o responsabilità per l'accuratezza, la completezza o l'utilità di qualsiasi informazione, apparato, prodotto o processo divulgato, o dichiara che il suo utilizzo non violerebbe i diritti di proprietà privata. I riferimenti nel presente documento a qualsiasi prodotto, processo o servizio commerciale specifico tramite nome commerciale, marchio, produttore o altro, non costituiscono o implicano necessariamente la sua approvazione, raccomandazione o favore da parte del governo degli Stati Uniti o di qualsiasi sua agenzia. I punti di vista e le opinioni degli autori espressi nel presente documento non dichiarano o riflettono necessariamente quelli del governo degli Stati Uniti o di qualsiasi sua agenzia.

Ringraziamenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori ringraziano Matt Dee per aver supportato il lavoro sperimentale, Matthew Anderson e Rod Shurtliff per la strumentazione della pellettatrice. Questo lavoro è stato supportato dal Dipartimento dell'Energia, Ufficio per l'Efficienza Energetica e le Energie Rinnovabili nell'ambito del Contratto DE-AC07-05ID14517 del Dipartimento dell'Energia dell'Ufficio Operazioni dell'Idaho. Di conseguenza, l'editore, accettando l'articolo per la pubblicazione, riconosce che il governo degli Stati Uniti conserva una licenza non esclusiva, pagata, irrevocabile e mondiale per pubblicare o riprodurre la forma pubblicata di questo manoscritto, o consentire ad altri di farlo, per scopi governativi degli Stati Uniti.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Mulino a pellet a stampo piattoColorado Mill Equipment, Canon City, CO, USAE-10 mulino
a pellet Nastri riscaldantiBriskHeat, Columbus, OH, USARiscaldatore in gomma siliconica, elementi
TermocoppieWatlow, Burnaby, BC, CanadaJ-type
Convertitore di frequenza SchneiderElectric, Palatine, IL, USAAltivar 71
Raffreddatore di pelletColorado Mill Equipment, Canon City, CO, USACME ECO-HC6 
Software di registrazione datiNational Instruments Corporation, Austin, TX, USASoftware Labview Tester
di durataSeedburo Equipment Co., Des Plaines, IL, USAdurata del pellet
Mulino a martelliBliss Industries CME ECO-HC6 
GrinderVermeerHG200
Miscelatore orizzontaleColorado Mill Equipment, Canon City, CO, USAECO-RB 500
Panno di utilità a grana blu3MGrado Codice 05107-150J Isolamento
materailMcMaster Carrflessibile in fibra di vetro
Controller dell'alimentatoreKB Electornics, INCKBIC-DC-MTR controller motore a corrente continua
Calibri digitaliNumero di parte:  12777-830
LeganteACH Food Companies Inc., Memphis, TN, USAARGO 100% puro amido
Paglia di maisRaccolto in Iowa e acquistato in forma
in lamina incisa Tester di Isolamento Sistema di scarico della polvere Delta Modello n.: 50-763, numero di serie: 2010 11OI1415 Pinze a corsoio VWR®di mais di balla

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bapat, D. W., Kulkarni, S. V., Bhandarkar, V. P. Design and operating experience on fluidized bed boiler burning biomass fuels with high alkali ash. Proceedings of the 14th International Conference on Fluidized Bed Combustion, , ASME Publishers. New York, NY. 165-174 (1997).
  2. Sokhansanj, S., Fenton, J. Cost benefit of biomass supply and preprocessing: BIOCAP (Canada) research integration program synthesis paper. , http://www.biocap.ca/rif/reprt/Sokhansanj_S.pdf (2011).
  3. Mitchell, P., Kiel, J., Livingston, B., Dupont-Roc, G. Torrefied biomass: A foresighting study into the business case for pellets from torrefied biomass as a new solid fuel. All Energy 2007. , University of Aberdeen, ECN, Doosan Babcock, and ITI Energy. (2007).
  4. Tumuluru, J. S., Wright, C. T., Hess, J. R., Kenney, K. L. A review of biomass densification systems to develop uniform feedstock commodities for bioenergy application. Biofuels, Bioprod. Biorefin. 5, 683-707 (2011).
  5. Tumuluru, J. S., Igathinathane, C., Archer, D. Energy analysis and break-even distance of transportation for biofuels in comparison to fossil fuels. ASABE Paper No. 152188618. ASABE Annual International Meeting, New Orleans, Louisiana, USA, , (2015).
  6. Searcy, E. M., Hess, J. R., Tumuluru, J. S., Ovard, L., Muth, D. J., Jacobson, J., et al. Optimization of biomass transport and logistics. International Bioenergy Trade. Goh, M., Sheng, C., Andre, F. , Springer Publications. 103-123 (2013).
  7. Ray, A., Hoover, A. N., Nagle, N., Chen, X., Gresham, G. Effect of pelleting on the recalcitrance and bioconversion of dilute-acid pretreated corn stover under low - and high - solids conditions. Biofuels. 4 (3), 271-284 (2013).
  8. Sarkar, M., Kumar, A., Tumuluru, J. S., Patil, K. N., Bellmer, D. D. Gasification performance of switchgrass pretreated with torrefaction and densification. Appl. Energ. 127, 194-201 (2014).
  9. Yang, Z., Sarkar, M., Kumar, A., Tumuluru, J. S., Huhnke, R. L. Effects of torrefaction and densification on switchgrass pyrolysis products. Bioresource Technol. 174, 266-273 (2014).
  10. Mani, S., Tabil, L. G., Sokhansanj, S. An overview of compaction of biomass grinds. Powder Handling Process. 15 (3), 160-168 (2003).
  11. Thomas, M., van Vliet, T., van der Poel, A. F. B. Physical quality of pelleted animal feed, part 3: Contribution of feedstuff components. Anim. Feed Sci. Technol. 70, 59-78 (1998).
  12. Shankar, T. J., Bandyopadhyay, S. Process variables during single-screw extrusion of fish and rice-flour blends. J. Food Process. Pres. 29, 151-164 (2004).
  13. Collado, L. S., Corke, H. Starch properties and functionalities. Characterization of cereals and flours: properties, analysis,and applications. Kaletun, G., Breslauer, K. J. , Marcel Dekker, Inc. 473-506 (2003).
  14. Alebiowu, G., Itiola, O. A. Compression characteristics of native and pregelatinized forms of sorghum, plantain, and corn starches and the mechanical properties of their tablets. Drug Dev. Ind. Pharm. 28 (6), 663-672 (2002).
  15. Sokhansanj, S., Mani, S., Bi, X., Zaini, P., Tabil, L. G. Binderless pelletization of biomass. ASAE Paper No. 056061. ASAE Annual International Meeting, Tampa, FL, USA, , ASAE. St Joseph, Michigan, USA. (2005).
  16. Briggs, J. L., Maier, D. E., Watkins, B. A., Behnke, K. C. Effects of ingredients and processing parameters on pellet quality. Poult. Sci. 78, 1464-1471 (1999).
  17. Tabil, L. G. Binding and pelleting characteristics of alfalfa. , Department of Agricultural and Bioresource Engineering, University of Saskatchewan. Canada. (1996).
  18. Mani, S., Tabil, L. G., Sokhansanj, S. Specific energy requirement for compacting corn stover. Bioresource Technol. 97, 1420-1426 (2006).
  19. Tumuluru, J. S., Tabil, L. G., Song, Y., Iroba, K. L., Meda, V. Impact of process conditions on the density and durability of wheat, oat, canola and barley straw briquettes. BioEnergy Res. 8 (1), 388-401 (2015).
  20. van Dam, J. E. G., van den Oever, M. J. A., Teunissen, W., Keijsers, E. R. P., Peralta, A. G. Process for production of high density/high performance binderless boards from whole coconut husk, part 1: Lignin as intrinsic thermosetting binder resin. Ind. Crops Prod. 19 (3), 207-216 (2004).
  21. Tumuluru, J. S. Effect of process variables on the density and durability of the pellets made from high moisture corn stover. Biosystems Eng. 119, 44-57 (2014).
  22. Lehtikangas, P. Quality properties of fuel pellets from forest biomass. Licentiate Thesis. Report number 4. , Department of Forest Management and Products. Uppsala, Sweden. (1999).
  23. Shinners, K. J., Boettcher, G. C., Hoffman, D. S., Munk, J. T., Muck, R. E., Weimer, P. J. Single-pass harvesting of corn grain and stover: Performance of three harvester configurations. Transactions of the ASABE. 52 (1), 51-60 (2009).
  24. Lamers, P., Roni, M. S., Tumuluru, J. S., Jacobson, J. J., Cafferty, K. G., Hansen, J. K., et al. Technoeconomic analysis of decentralized biomass processing depots. Bioresource Technol. 194, 205-213 (2015).
  25. Yancey, N. A., Tumuluru, J. S., Wright, C. T. Drying grinding and pelletization studies on raw and formulated biomass feedstock's for bioenergy applications. J. Biobased Mater. Bioenergy. 7, 549-558 (2013).
  26. Tumuluru, J. S., Cafferty, K. G., Kenney, K. L. Techno-economic analysis of conventional, high moisture pelletization and briquetting process. Paper No. 141911360. American Society of Agricultural and Biological Engineer Annual Meeting, July 13-16, Montreal, Quebec Canada, , (2014).
  27. McCoy, G. Improving energy efficiency through biomass drying. International District Energy Association Woody Biomass CHP & District Energy Workshop, June 11th, 2014, Seattle, Washington, , page accessed on December 3rd, 2015 http://www.districtenergy.org/assets/pdfs/2014-Annual-Seattle/Wednesday/5McCOYGIL-LATESTWoody-Biomass-Drying-and-Dewatering-IDEA-06-2014.pdf (2014).
  28. Tumuluru, J. S. High moisture corn stover pelleting in a flat die pellet mill fitted with a 6 mm die: physical properties and specific energy consumption. Energy Sci. Eng. 3 (4), 327-341 (2015).
  29. Brackley, A. M., Parrent, D. J. Production of wood pellets from Alaska-grown white spruce and hemlock. General Technical Report PNW-GTR-845. , U.S Department of Agriculture, Forest Service Department. Pacific Northwest Research Station, Portland, OR, U.S.A. (2011).
  30. Demirbas, A., Sahin-Demirbas, A. Briquetting properties of biomass waste materials. Energy Sources. 26, 83-91 (2004).
  31. Kaliyan, N., Morey, R. V. Densification characteristics of corn stover and switchgrass. Transactions of ASABE. 52 (3), 907-920 (2009).
  32. Larsson, S. H., Thyrel, M., Geladi, P., Lestander, T. A. High quality biofuel pellet production from pre-compacted low density raw materials. Bioresource Technol. 99, 7176-7182 (2008).
  33. Li, Y., Liu, H. High-pressure densification of wood residues to form an upgraded fuel. Biomass and Bioenergy. 19, 177-186 (2000).
  34. Nielsen, N. P. K., Gardner, D. J., Poulsen, T., Felby, C. Importance of temperature, moisture content, and species for the conversion process of wood residues into pellets. Wood and Fiber Science. 41 (4), 414-425 (2009).
  35. Serrano, C., Monedero, E., Laupuerta, M., Portero, H. Effect of moisture content, particle size and pine addition on quality parameters of barley straw pellets. Fuel Processing Technology. 92, 699-706 (2011).
  36. Zafari, A., Kianmehr, M. H. Factors affecting mechanical properties of biomass pellets from compost. Environ. Technol. 35, 478-486 (2013).
  37. Poddar, S., Kamruzzaman, M., Sujan, S. M. A., Hossain, M., Jamal, M. S., Gafur, M. A., Khanam, M. Effect of compression pressure on lignocellulosic biomass pellet to improve fuel properties: Higher heating value. Fuel. 131, 43-48 (2014).
  38. Hoover, A. N., Tumuluru, J. S., Teymouri, F., Moore, J., Gresham, G. Effect of pelleting process variables on physical properties and sugar yields of ammonia fiber expansion (AFEX) pretreated corn stover. Bioresource Technol. 164, 128-135 (2014).
  39. Tumuluru, J. S., Tabil, L., Opoku, A., Mosqueda, M. R., Fadeyi, O. Effect of process variables on the quality characteristics of pelleted wheat distiller's dried grains with solubles. Biosystems Engineering. 105, 466-475 (2010).
  40. Tumuluru, J. S., Conner, C. Specific energy consumption and quality of wood pellets producing using high moisture lodgepole pine. 7th International Granulation Workshop, 1st - 3rd July, 2015, University of Sheffield, Sheffield, UK, , https://www.sheffield.ac.uk/polopoly_fs/1.472578!/file/2015_abstract_list_granulation_workshop.pdf (2005).
  41. Tumuluru, J. S., Sokhansanj, S., Lim, C. J., Bi, X. T., Lau, A. K., Melin, S., et al. Quality of wood pellets produced in British Columbia for export. Appl. Eng. Agric. 26, 1013-1020 (2010).
  42. ASABE Standards. S269.4 Cubes, pellets, and crumbles - definitions and methods for determining density, durability, and moisture content. , St. Joseph, Missouri. ASABE. (2007).
  43. JMP 10.0.0. , SAS Institute, Inc. Cary, North Carolina, USA. www.jmp.com (2016).
  44. Oginni, O. J. Contribution of particle size and moisture content to flowability of fractioned ground loblolly pine. , Auburn University. (2014).
  45. Ndiema, C. K. W., Manga, P. N., Ruttoh, C. R. Influence of die pressure on relaxation characteristics of briquetted biomass. Energy Conversion and Management. 43, 2157-2161 (2002).
  46. Al-Widyan, M. I., Al-Jalil, H. F., Abu-Zreig, M. M., Abu-Handeh, N. H. Physical durability and stability of olive cake briquettes. Can. Biosyst. Eng. 44, 341-345 (2002).
  47. Kaliyan, N., Morey, R. V. Factors affecting the strength and durability of densified products. ASABE Annual International Meeting, Portland, OR, USA, , (2006).
  48. Gresham, G., Emerson, R., Hoover, A., Miller, A., Kenney, K., Bauer, W. Evolution and development of effective feedstock specifications. , INL/EXT-14-31510(2013).

Ristampe e permessi

Richiedi il permesso di riutilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE

Richiedi permesso

Tag

Pellettizzazione ad alta umiditpellet di stocchi di maisdurabilit del pelletconsumo energetico specificomisurazione della densit apparenteconsumo energetico della pressa pellettatriceriduzione del contenuto di umiditanalisi della percentuale di fini

Articoli correlati