フラットダイペレットミルで高水分トウモロコシ茎葉及びコーンスターチバインダーを使用した低電力消費で耐久性に優れたペレットを製造するための方法

この手順の全体的な目標は、フラットダイペレットミルでバインダーを使用して、バイオマスの高水分ペレット化の方法論を開発することです。この方法は、さまざまな輸送シナリオに必要な品質仕様を満たすペレットを製造しながら、ペレット製造のコストを削減する方法など、バイオエネルギー分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、各エンドユーザーのニーズに合わせてカスタマイズできることです。

学習した情報は、スケールアップモデルの開発や、パイロットスケールおよび商業スケールのペレットミルでのプロセステストの基礎として使用できます。10馬力のモーターを搭載した実験室規模のフラットダイペレットミルを使用して、ペレット化テストを実施します。ホッパーの下部の4つの側面すべてに加熱テープを巻き付けます。

次に、フィーダーをねじ込み、ホッパーとフィーダーをグラスウールで断熱して、熱損失を防ぎます。次に、バイオマスを予熱できるように、加熱テープを温度コントローラーに接続します。次に、VFDをペレットミルモーターに接続します。

フィーダーモーターはポテンショメータで制御されるため、直流電流を使用してペレットミルの供給速度を調整します。次に、パワーメーターをペレットミルモーターに接続して、モーターの消費電力を記録します。次に、開口径が8mmで、長さと直径の比率が2ポイント6のペレットダイを選択します。

ローラーとダイの間の間隔をゼロポイント1、8、ゼロポイント2、ゼロミリメートルに調整します。最後に、水平ペレットクーラーを追加して、ダイから出てくる温かいペレットを冷却します。クーラーを排気システムに接続して、新鮮な空気を循環させます。

3〜4キログラムのトウモロコシ茎葉を準備し、ハンマーミルで粉砕し、4点8ミリメートルスクリーンを取り付けます。また、地元の市場から100%純粋なコーンスターチバインダーを入手してください。両方の物質の水分含有量を測定します。

たとえば、トウモロコシ茎葉の25〜50グラムのサンプルを3つ計量し、摂氏105度に設定されたオーブンに24時間入れます。翌日、乾燥したサンプルを計量し、水分含有量を計算します。次に、両方の物質のかさ密度を測定します。

プレキシガラスシリンダーをオーバーフローするまで満たし、上面をまっすぐなエッジで水平にします。次に、シリンダーと材料を計量します。重量をシリンダーの体積で割ります。

測定を3回繰り返し、平均を使用します。次に、テキストプロトコルの表2に従って、挽いたトウモロコシ茎葉にコーンスターチバインダーを追加します。挽いたトウモロコシ茎葉の水分レベルに応じて、使用する水の量を調整します。

リボンブレンダーでストーバーデンプンミックスに水をブレンドすることにより、水分含有量が33、36、39パーセントの混合物を作成します。各ミックスは約3〜4キログラムです。混合物を密閉容器に保管し、摂氏4〜5度に保ちます。

約24時間後、水分が平衡化し、テストできるようになります。コーンストーバーでんぷんミックスを室温に温めます。ペレットミルのフィードホッパーに材料をロードします。

ミルを60ヘルツまたは380rpmで稼働するように設定します。その後、ミルを始動し、供給速度を調整して混合物を均一に供給し、定常状態でペレットを生成します。水平ペレットクーラーでペレットを冷却します。

次に、6点3mmスクリーンを使用して、ペレットから微粉を分離します。スクリーンを通過した材料を計量して、材料からの罰金の割合を決定します。2キログラムのペレットを取って水分含有量と耐久性を測定し、残りのペレットを摂氏70度で3〜4時間乾燥させて、ペレットの最終水分含有量を9%未満に減

前述の方法を使用して、ウェットペレットとドライペレット(それぞれグリーンペレットまたは硬化ペレットとも呼ばれる)の水分含有量とかさ密度を測定します。次に、ペレットの耐久性を決定します。罰金なしの約500グラムのペレットをペレット耐久性試験機の各コンパートメントに入れ、ペレットを毎分50回転で10分間転がします。

次に、転がした材料を6点3ミリメートルスクリーンを使用してふるいにかけ、ペレットの重量を量って耐久性を計算します。膨張率を計算するには、1つのペレットを取り、グリットユーティリティクロスで両端を滑らかにします。次に、ノギスを使用してペレットの直径を測定します。

これを10個のペレットで行います。膨張率は、押し出しペレットの直径の2乗をダイの直径の2乗で割ったものです。最後に、ペレットミルの消費電力を決定します。

まず、60ヘルツで空に運転しているペレットミルの無負荷消費電力を記録します。次に、材料でペレットミルを運転し、消費電力を測定し、適切な計算を行います。バインダーと水分含有量が変動するペレットを比較しました。

バイオマスの含水率は、バインダーなしでペレット化した後、約7〜8%減少しました。4%のバインダーを添加すると、原料中の水分の損失が3〜5%に減少しました。ペレットの直径は、水分含有量が多いほど増加しました。

この増加は、バインダーを含まない水分で33〜39%の水分で統計的に有意でした。乾燥ペレットは膨張率が低かった。含水率の増加は膨張率を増加させたが、デンプンバインダーの添加は膨張率に大きな影響を及ぼさなかった。

嵩密度は、開始原料の水分含有量の増加に伴って減少しました。さらに、デンプン含有量の増加に伴ってかさ密度が減少したといういくつかの兆候があります。ペレットの緑色および硬化耐久性の値は、バインダー含有量とともに増加しました。

グリーンのピーク耐久性は、含水率が33%、デンプンバインダーが4%であることがわかった。硬化耐久性ははるかに高く、33%の含水率と4%のバインダーで作られたペレットの耐久性は98%でした。発生する罰金の割合は、水分含有量とともに増加します。

バインダーを追加すると、すべての水分含有量の罰金の割合が下がりました。比エネルギー消費量は、すべての含水率にバインダーを添加することで削減されました。バインダーを2〜4%添加すると、比エネルギー消費量が約20〜40%削減されました。

一度習得すると、このテクニックは適切に実行すれば2時間で完了します。この手順を実行する際には、フラットダイペレットミルを操作するために従うべき安全手順を覚えておくことが重要です。高温と挟み込みの危険性があるため、適切な個人用保護具が必要です。

この手順に続いて、飼料ストックの種類、バイオマスの粒子サイズ、供給ストックの水分含有量、バインダーの種類、予熱温度、ダイ速度、LBD比、ダイの長さ対直径比など、さまざまなパラメータを変更できます。その開発後、この技術は、研究者がバイオエネルギーアプリケーション用の実験室で低コストのペレットを開発する道を開きました。この情報を使用して、プロセスをパイロットスケールおよび商業スケールのミルに拡張する予定です。