Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Metod för att producera hållbart Pellets på lägre energiförbrukning använder höga fukt Corn Stover och majsstärkelse Binder i en platt Die Pellet Mill

Published: June 15, 2016 doi: 10.3791/54092
Automatic Translation
1, 1, 1
1Biofuels and Renewable Energy Technology Department, Idaho National Laboratory

Summary

I denna studie var ett protokoll som utvecklats för att producera god kvalitet pellets med hjälp av en platt munstycke pelletsfabrik vid reducerad testning specifika energianvändning med hög fukthalt majs Stover och ett stärkelsebaserat bindemedel. Resultaten visade att lägga till en majsstärkelse bindemedel förbättrade pellet hållbarhet, minskade procent fines och minskad specifik energiförbrukning.

Abstract

En stor utmaning i produktionen av pellets är de höga kostnaderna i samband med torkning av biomassa 30-10% (WB) fukthalt. På Idaho National Laboratory, var en hög fuktpellete process utvecklats för att minska torkkostnaden. I denna process biomassa pellets tillverkas vid högre råmaterial fukthalter än konventionella metoder, och de höga fukt pellets torkas ytterligare i energieffektiva torktumlare. Denna process bidrar till att minska råmaterialet fukthalten med ca 5-10% under pelletering, vilket främst beror på friktionsvärme utvecklad i munstycket. Syftet med denna forskning var att undersöka hur tillsats bindemedel påverkar pelletskvalitet och energiförbrukning hög fuktpelleteringsprocess i ett plant munstycke pelletsfabrik. I föreliggande studie, var obehandlad majsstjälkar pelleterades vid fukt av 33, 36, och 39% (wb) genom tillsats av 0, 2, och 4% ren majsstärkelse. De partiellt torkade pellets framställda torkades ytterligare i alaboratory ugn vid 70 ° C under 3-4 h för att sänka pelleten fukt till mindre än 9% (wb). Med hög fuktighet och torkade pelletsen utvärderades med avseende på deras fysikaliska egenskaper, såsom bulkdensitet och hållbarhet. Resultaten visade att öka andelen bindemedel till 4% bättre pellets hållbarhet och minskade den specifika energiförbrukningen med 20-40% jämfört med pellets utan bindemedel. Vid tillägg högre bindemedel (4%), var minskningen av råmaterial fukt under pellete <4%, medan minskningen var ca 7-8% utan bindemedlet. Med 4% bindemedel och 33% (wb) råmaterial fukthalt, skrymdensiteten och hållbarhet värden som observerades hos de torkade pelletsen var> 510 kg / m 3 och> 98%, respektive, och den procentuella fina partiklar genereras reducerades till <3 %.

Introduction

Biomassa är en av de stora energiresurser i världen och anses koldioxidneutral 1. Skrymdensitet av balar och jord jordbruks biomassa och flisas biomassa är låg. Låga skrymdensiteter av balar biomassa (130-160 kg / m 3), botten biomassa (60-80 kg / m 3) och slog biomassa (200-250 kg / m 3) skapa lagring, transport och hantering frågor 2, 3. Förtätning eller komprimering av marken biomassan genom användning av tryck och temperatur ökar skrymdensiteten med cirka 5 till 7 gånger, och hjälper till att övervinna transport och magasinering begränsningar 4. Pellets kvarnar, brikettpressar och Skruvextrudrar är förtätningssystem som vanligtvis används för biomassa 4. Breakeven transportavstånd analys på balar och pellet bioråvara indikerade att pellets kan transporteras 1,6 gånger längre än balar med hjälp av en lastbil för samma kostnad 5. Transport effivinster av pellets ökar med andra transportslag, såsom järnväg, eftersom det är volym begränsad jämfört med lastbilar som är begränsade i vikt. För närvarande, i Europa pellets som framställs från biomassa används i stor utsträckning för bio-kraftproduktion. Kanada och USA är de största producenter och leverantörer av träpellets till Europa 6. Pellets som framställs av både Woody och örtartade biomassa kan användas för både termo (sammansintring, förgasning och pyrolys) och biokemisk omvandling (etanol) program 7-9.

Kvaliteter pellets (täthet och hållbarhet) och specifik energiförbrukning pelleteringsprocessen är beroende av pellets brukets processvariabler, såsom munstycksdiameter, dö hastighet och förhållandet mellan längd och diameter av form och råmaterial variabler, såsom råmaterial fukthalt och komposition 4. Både pellets kvarn processvariabler och råmaterial variabler inflytandekvaliteten av pelletarna och den specifika energi som används i processen. Matris dimensioner (dvs förhållande längd till diameter) kommer att påverka kompression och extruderingstryck, och munstycket rotationshastigheten styr uppehållstiden för materialet i formen. Fukthalten är en råvara variabel som spelar en viktig roll genom att interagera med de sammansättnings biomassa komponenter (dvs protein, stärkelse, och lignin) på grund av hög temperatur och tryck påträffas i formen. Närvaro av fukt ökar van der Waals krafter, vilket ökar attraktionen mellan de biomassapartiklarna 10. I allmänhet, högre fukt i biomassa påverkar skrymdensitet av den komprimerade produkten till följd av diametral och sidledsexpansion när det lämnar pelletskvarn eller brikettpress dö 10. Biomassa komposition, såsom stärkelse, protein, lignin, och andra vattenlösliga kolhydrater, påverkar bindningen beteende när den utsätts för tryck av ettnd temperatur i förtätningsutrustning 11. Några av de gemensamma kompositions reaktioner som påverkas av råmaterial fukt, form temperatur och tryck är stärkelsegelatiniseringen, protein denaturering, och lignin glasövergångs. I allmänhet vid temperaturer på 100 ° C eller högre och ett råmaterial fukthalt högre än 30%, stärkelse i livsmedel och djurfoder blir gelatin och påverkar texturegenskaper som hårdhet 12. Typiskt, stärkelsereaktioner är gelatinisering, klistra, och retrogradering. Bland dessa reaktioner, har gelatine det största inflytandet på pellets egenskaper 13. Stärkelse ofta ingår i livsmedel och icke-livsmedelsapplikationer som bindemedel. Till exempel, i den farmaceutiska tablettberedningen stärkelse används som fyllmedel 4,14. Protein i biomassan undergår denaturering och bildar komplexa bindningar på grund av den höga temperaturen och trycket med erfarenhet av förtätningsprocessen 11. I allmänhet, högre afästen av protein i biomassa kommer att resultera i en mer hållbar pellet 15,16. Till exempel, alfalfa, som har en större mängd protein, resulterar i hållbara pellets vid högre råmaterial fukthalt. Fettet i biomassan minskar friktionskrafterna och extrudering energi under pelletering eller brikettering 11,17. I lignocellulosa, närvaron av lignin inom växtmaterial hjälper till att bilda pelletar utan tillsats av några bindemedel 18. Träbiomassa har högre halt lignin (29-33%) jämfört med en örtartade biomassa, som vanligtvis består av 12-16% lignin 4,19. Vid lägre råmaterial fukthalter av ca 10 till 12% (WB), glasövergångstemperatur av ligninet är större än 140 ° C 20; medan ökning av fukthalten minskar glasövergångstemperaturen 21. Enligt Lehtikangas 22, är glasövergångstemperaturen av lignin på 8-15% (wb) fuktinnehåll på cirka 100-135 ° C, but att öka fukthalten till> 25% (wb) reducerar glasövergångstemperaturen till <90 ° C.

Örtartade biomassa finns på högre fukthalt beroende på skördemetod och skördetiden. I fallet med enkel passage skördemetod det skördade materialet kommer att ha ett fuktinnehåll> 30% (wb) 23. Biomassa torkas vanligen till ca 10% (wb) fuktinnehåll för att göra det aerobt stabil och för att förhindra torrsubstansförlust under lagring. Et al. Lamers 24 indikerade att till förbehandla biomassa vid 30% fukthalt den totala kostnaden för både slip (steg 1 och 2) och torkning är ca $ 43,60 / torr ton, och ca $ 15,00 / torrt ton är bara för torkning av biomassa. Torkning av biomassa tar ungefär 65% av den totala förbehandlings energi, och pelletering tar ca 8-9% 24. Yancey et al. 25 har bekräftat att torkningen är den största energikonsumenten i preproce biomassassing. Den experimentella data och teknisk-ekonomisk analys visade att effektiv fuktreglering är avgörande för att minska förbehandling av biomassa kostnaderna. Ett sätt att minska torkningskostnaden och hantera matarmaterialet fukt mer effektivt är att använda en hög fukthalt pelleteringsförfarandet i kombination med en låg temperatur torkningsmetod. I hög fuktpelleteringsprocess som utvecklats vid Idaho National Laboratory, är biomassan pelleteras vid fukthalter som är större än 28% (wb); de delvis torkade pellets produceras, som fortfarande är hög i fukt, kan torkas i energieffektiva torkmedel, som korn eller bandtorkar 21. En stor fördel med hög fukthalt pelletering är att det bidrar till att minska torkningskostnaden, vilket i sin tur resulterar i reducerad totala pellet produktionskostnaden. Techno-ekonomisk analys visade att energi och produktionskostnaderna reduceras med ca 40-50% med hög fuktighet pelleteringsprocess jämfört med en konventionell pelletemetod 24,26. den majeller skäl för reducerad pellet produktionskostnad beror på att ersätta en rotationstork som arbetar vid höga temperaturer av 160 till 180 ° C med en korntork som arbetar vid lägre temperaturer av cirka 80 ° C eller lägre 21. De andra fördelar med att ersätta en roterande tork med ett bälte eller spannmålstork är: 1) större effektivitet, 2) minskad brandrisk, 3) inte behöver hög kvalitet värme, 4) reducerade flyktiga organiska ämnen (VOC), 5) reduceras partikelutsläpp och 6) inte klumpar hög lera eller klibbig biomassa 27. Den energiintensiva ånga konditioneringssteg vid konventionell pellete, som normalt används för att lägga till fukt och aktivera vissa av komponenterna av biomassa, är ersatt med en kort förvärmning steg. Detta steg bidrar till att minska fukthalten råmaterial samt aktivera komponenter biomassa som lignin. Friktions värme som utvecklas i pellets dör minskar också råmaterialet fukthalten med ca 5-8% (WB) 21,28. I hög-moisture pelleteringsprocess, pelletskvarn komprimerar inte bara biomassan, utan också bidrar till att minska fukthalten under kompression och extrudering. Många forskare har gjort experiment på pelletering av rå och kemiskt förbehandlad biomassa vid ett brett spektrum av fuktinnehåll (7-45%, WB) med hjälp av enkel, laboratorium, pilotskala ringformen och kommersiella kontinuerliga pellete system 10,25,29-40, (Pace, D. 2015. Pellete av kommunalt avfall och ammoniak fiber explosion fast (AFEX) förbehandlat majs Stover i pilotskala ring formpelletsfabrik. Biobränslen avdelningen, chefsingenjör, biomassa National Användar Facility, Idaho National Laboratory (opublicerade data)) . Dessa forskare justerade råmaterial fukthalt av biomassan till olika önskade nivåer för att förstå effekten av fukthalten på kvalitetsattribut hos pelletarna.

Pelletskvalitetsattribut, bulkdensitet och hållbarhet, är normativa specifikationer enligt USA baserat pelletsbränsle Institute (PFI). Men enligt den europeiska standardiseringskommittén (CEN) hållbarhet är en normativ och skrymdensitet är en informativ specifikation 41. Pellets med hållbarhetsvärden> 96,5% och skrymdensitet> 640 kg / m 3 betecknas som superpremium pellets baserade på SFI normer, medan pellets med hållbarhets värden> 97,5% betecknas som pellets med högsta betyg. Både CEN och PFI standarder rekommenderar pellets med olika diametrar. Exempelvis rekommenderar PFI en diameter i intervallet 6,35 till 7,25 mm, medan CEN rekommenderar en diameter i intervallet 6-25 mm och en pellet längd som är mindre än eller lika med 4 gånger diametern 41. Pelletar med mindre diameter (6 mm) föredras för att transportera längre sträckor överväger de har högre packningstäthet 28. För konventionella pelleteprocesser, är det rekommenderat att pellets biomassa vid låga fukthalter för att möta dessa densitets specifikationer desirable för att transportera pellets långa avstånd 41. Både CEN och PFI har ytterligare pelletskvaliteter 41. Tumuluru 28 och Tumuluru och Conner 40 indikerade att hög fuktpellete processer som utvecklats vid Idaho National Laboratory hjälp att producera majs Stover och träpellets med olika kvalitetsattribut (skrymdensitet och hållbarhet) och specifik energiförbrukning gör dem lämpliga för olika transport- och logistikscenarier.

De flesta av de pellete studier om biomassa gjordes med hjälp av en enda pelletesystem. Pellete uppgifter om biomassa med hjälp av ett kontinuerligt system i laboratorieskala är begränsad. Studier av kontinuerliga pellete system kommer att vara användbart för att förstå effekten av pelleteprocessvariabler som dör rotationshastighet, förhållande mellan längd och diameter och munstycksdiameter på kvalitetsattribut och specifika energiförbrukningen. De pellete data på de kontinuerliga system kan vidare användas för att scale upp processen för att lotsa och kommersiell skala system. I allmänhet är en plan formpelletsfabrik som används för att utföra pellete studier om Woody och örtartade biomassa i ett laboratorium 4. Arbetsprincipen för laboratorieskala platt munstycke, pilot och kommersiell skala ringform pelletfabriker är likartade. Alla dessa pelletsfabriker har en perforerad hårt stål dö med två eller tre rullar. Genom att rotera munstycket, valsarna utöva kraft på det tillförda materialet och tvinga den genom perforeringarna i dynan för att bilda förtätade pellets 4.

Våra tidigare studier på hög fukthalt pelletering av majs Stover på råmaterial fukthalt på 28-38% (WB) utan någon tillsats bindemedel resulterade i lägre hållbarhet värden vid högre råmaterial fukthalt 21,28. Förbättra hållbarheten hos höga fukt pellets efter kylning och torkning är viktigt eftersom det bidrar till att förhindra sönderdelning av pellets (förlust av pelletskvalitet) under hantering, stoilska och transport. Upplösningen av pellets resulterar normalt i böter generation och inkomstförlust för pelletstillverkare. Bindemedel används typiskt i pelleteringsprocessen för att förbättra pellets kvalitet, särskilt hållbarhet, och för att minska den specifika energiförbrukningen. Vanligen använda naturliga bindemedel i pelleteringsprocessen är proteiner och stärkelse 4,28. Stärkelse undergår gelatinering, medan protein undergår denaturering i närvaro av värme, fukt och tryck. Båda dessa reaktioner resulterar i bättre bindning och mer hållbara pellets vid lägre energiförbrukning. Det övergripande syftet med denna studie var att utveckla och demonstrera en hög fukthalt pelleteringsprocess med hjälp av majs Stover med tillsats av ett bindemedel för att producera god kvalitet pellets i form av grön hållbarhet (efter kylning) och härdade hållbarhet (efter torkning) vid en lägre specifika energiförbrukningen. De specifika målen för studien var att 1) ​​utföra hög fukthalt pelletering av majs stöver på olika råmaterial fukthalter (33, 36, och 39%, WB) och innehåll stärkelsebindemedel (0, 2, och 4%), 2) utvärdera de fysikaliska egenskaperna (pellet fukthalt, pellets diameter, expansionsförhållande, skrymdensitet och hållbarhet (grön och härdade hållbarhet), och 3) utvärdera specifik energiförbrukning pelleteringsprocessen.

Protocol

OBS: majs Stover balar upphandlades i form av balar från jordbruksföretag i Iowa, USA. De upphandlade balar maldes sekventiellt i två steg. I steg 1 var de majsstjälkar balar maldes med användning av en kvarn utrustad med en 50,8-mm sikt. I steg 2, det malda materialet från steg 1 var ytterligare jord genom att använda en Bliss hammarkvarn utrustad med en 4,8-mm sikt. Materialet testades med avseende på fukthalt och skrymdensitet och lagras i en lufttät behållare för ytterligare pelleteringstester. Ren majsstärkelse anskaffas från en lokal marknad och mättes för fukthalten och skrymdensiteten. Fukthalten och skrymdensiteten hos marken majs Stover och majsstärkelse bindemedel ges Tabell 1.

bord 1
Tabell 1. Fukthalt och volymvikt av mark majs Stover och majsstärkelse bindemedel.

1. Pellets Mill </ P>

  1. Använd laboratorieskala plant munstycke pellets kvarn utrustad med en 10 hk motor för att utföra pellete tester (Figur 1) 21,28,38.

Figur 1
Figur 1. Schematisk av laboratorieskala plant munstycke pelletsfabrik vid Idaho National Laboratory (anpassad från Tumuluru 21). En platt formpelletsfabrik användes för att genomföra hög fuktighet majs Stover pelletetester med och utan tillsats bindemedel. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Placera flexibel värmetejp på ytan av tratten och skruvmataren sedan isolera dem med glasull för att förhindra värmeförluster. Anslut värmetejp till en temperaturregulator för att förvärma biomassa till önskad temperatur i ringdee av 30 till 130 ° C.
  2. Utrusta pelletfabrik med en frekvensomformare (VFD). Anslut VFD av pelletfabrik till pelletsfabriken motor. Matar motorstyrning är en likströmsmotor controller att variera matningshastigheten till pelletsfabrik.
  3. Anslut en effektmätare till pelletsfabriken motor för att spela in effektförbrukningen. välja manuellt en pellet dö med en öppning 8 mm diameter och ett längd till diameter (L / D) förhållande av 2,6.
  4. Lägga till en horisontell pelletskylaren till pelletfabrik för att kyla de varma pelletsen kommer ut ur pellets dö. Anslut kylaren till ett avgassystem för att cirkulera friskluft.

2. Råvara Framställning

  1. Ta 2-3 kg av majsblast marken med hjälp av en 4,8 mm sikt. Mäta fukthalten majs Stover (se steg 4.1) och skrymdensitet (se steg 4.3) (se tabell 2).
  2. Mäta fuktinnehållet (se steg 4.1) och skrymdensitet (se steg 4.3) av den rena (100%) majsstärkelse bindemedelanskaffas från den lokala marknaden.
  3. Lägg majsstärkelse bindemedel till marken majs Stover (se Tabell 2 för addition% bindemedel)
  4. Beräkna den mängd vatten som skall tillsättas för att justera fuktnivåer av mark majs Stover och majsstärkelse bindemedelsblandning till 33, 36, och 39% (wb) med användning av ekvation 1.
    ekvation 1 = ekvation 2 (1)
    OBS: I ekvation 1, W w är vikten av vatten (g), är Wg provets vikt biomassa (g), m f: procent slutliga fukthalten i provet (wb), och m i: procent initial fukthalt av provet (wb%).
  5. Lägg den beräknade vatten till majsblast / majsstärkelse blandning av bindemedel och blanda den i laboratorieskala bandblandare.
  6. Förvara fuktjusterade majsblast / majsstärkelse blandning i en sluten behållare och placera den i kylskåp inställt på4-5 ° C för att låta fukt till jämvikt.

3. Hög Fuktpelleteringsförfarandet

  1. Ta majsblast / majsstärkelse blandning av kylskåpet och lämna den vid rumstemperatur under ca 1-2 timmar för att föra den till rumstemperatur.
  2. Ladda materialet in i matningstratten på pelletpressen. Kör pelletfabrik vid 60 Hz (380 rpm) dör hastighet.
  3. Mata pelletfabrik jämnt genom att justera matningshastigheten för pelletkvarn för att tillverka pellets i ett stabilt tillstånd. Kyl pellets i den horisontella pelletskylaren.
  4. Separata böter som genereras i pelleteringsprocessen med hjälp av en 6,3 mm sikt.
    OBS: Mät fukthalt och hållbarhet pellets efter kylning 21.
  5. Torka de kylda hög fukt pellets i en laboratorieugn vid 70 ° C under 3-4 timmar för att minska den slutliga fukthalten för pelletsen till mindre än 9% (wb).
    OBS: Mät pelleten fukthalt, skrymdensitet, och duraheten av de torkade pellets 21.
  6. Logga effektdata i en dator under pelleteringsprocessen.
    OBS: Se tabell 2 för pelletering testförhållanden och figur 2 för pellets som framställts vid 33, 36 och 39% fukthalt och 4% majsstärkelse tillsats bindemedel.

bord 1
Tabell 2. Experimentella testbetingelser som användes i föreliggande studie.

figur 2
Figur 2. Fotografera av majs Stover pellets framställda med 4% majsstärkelse bindemedel vid olika råmaterial fukthalter. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

4. PelletEgenskaper och specifika energianvändningen

OBS: ASABE standarder 42 användes för att mäta fukthalt, densitet, hållbarhet och procent fines av råvaror och pelleterade material.

  1. Häll ca 25-50 g av de malda och pelleterat majs Stover prover i ett laboratorium ugn inställd på 105 ° C under 24 h. Väg provet före och efter torkning. Beräkna vattenhalten med ekvation 2. genomföra experiment i tre exemplar.
    ekvation 3 (2)
  2. Ta en enda pellet och jämna båda ändarna med Grit Utility tyg. Mät pelletsdiametern med hjälp av skjutmått. Beräkna expansionsförhållande av pelleten med användning av ekvation 3 28. Mät diametern av de tio pelletar.
    Expansionsförhållande = ekvation 4 (3)
    OBS: I ekvation 3, D är diametern på pelleten strängsprutad (mm) och d är det munstycksdiameter (mm).
  3. Använda en plexi glascylinder med en höjd på 155 mm och en diameter av 120 mm. Häll pellets in i cylindern tills det flödar över och jämna den övre ytan med en rak kant. Väg cylindern med materialet. Dividera vikten av cylindern med volymen av cylindern för att beräkna skrymdensitet. Upprepa experimentet tre gånger.
  4. Hand såll det pelleterade materialet med hjälp av en 6,3 mm sikt. Väg det material som har passerat genom silen. Beräkna procent fines med hjälp av ekvation 4.
    Procent fines = ekvation 5 × 100 (4)
  5. Placera ungefär 500 g av pellets utan böter i varje fack i pellets hållbarhet testare. Tumla pellets vid 50 varv / min under 10 min. Sila tumlade material med hjälp av en 6,3 mm sikt. Använda ekvation 5 för att beräkna den procentuella hållbarheten hos pelletarna.
    hållbarhet =tp_upload / 54.092 / 54092eq6.jpg "/> x 100 (5)
    Notera: Grön hållbarhet är hållbarheten hos pelletarna som uppmätts efter kylning, och härdas hållbarhet är hållbarheten mätt efter torkning av pellets vid 70 ° C under 3 h.
  6. Logga pelletfabrik strömförbrukningen med hjälp av dataloggningsprogram. Registrera data utan belastning (kW) i pelletsfabrik genom att köra pelletsfabriken tomt vid 60 Hz die hastighet. Använd ekvation 6 att beräkna den specifika energiförbrukningen (SEC).
    ekvation 7 (6)

Representative Results

Pellet fukthalt

Innehållet av biomassan fukt reducerades med ca 5-8% (wb) efter pelletering. Denna minskning beror främst på friktionsvärme utvecklas i formen, och förvärmning temperatur och kylning av den höga fukt pellets. Även bindemedel påverkat mängden fukt förloras. Vid 0% bindemedel, förlusten av fukt var ca 7-8%, vilket överensstämmer med våra tidigare studier 21,28; medan vid 4% bindemedel, förlusten av fukt i matarmaterialet under pelletering var ca 3-5% (figur 3). Bindemedlet tillsätts till biomassan kan ha fungerat som ett smörjmedel. Detta kan ha minskat friktionsmotstånd och minskade uppehållstiden för materialet i formen kanalen orsakar minskningen i vätskeförlust. I tidigare studier dö temperatur mätas omedelbart efter pelletering med hjälp av en infraröd denrmometer (Fluke, modell 561, Fluke Corporation, Everett, WA, USA) nådde till ca 100-110 ° C 21. Ökande andel binde reducerade fuktförlust då fukten kan ha varit hårt bundna till stärkelsekornen. De höga fukt pellets som ytterligare torkades i en laboratorieugn vid 70 ° C under 3-4 h hade fuktighetshalter <9% (wb), och dessa pellets användes för att mäta andra fysikaliska egenskaper som pelletdiameter, expansionsförhållande, skrymdensitet och hållbarhet. Statistisk analys av datainnehållet pelleten fukt visade att det fanns en interaktiv effekt av matarmaterial fukthalt och dessutom bindemedel på pellets fukthalt (Tabell 3). För pellets utan bindemedel och 2% bindemedel, orsakade en ökning av råmaterial fukthalt en ökning i pellet fukthalt (Tukeys p <0,05), men denna trend var inte statistiskt signifikant vid 4% bindemedel (Tukeys p≥0.05, Figur 3) .


Figur 3. Effekt av råmaterial fukthalt (FMC) och stärkelsebindemedel på pellets fukthalt efter kylning (medelvärde ± 1 SD, n = 3). Pellete tester utförda utan bindemedel resulterade i högre råmaterial fukthalt förlust jämfört med tester utförda med bindemedel. Olika bokstäver indikerar signifikanta skillnader med hjälp av post hoc Tukey HSD test (p <0,05). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

pellets~~POS=TRUNC Diameter

Diametern hos pelletsen vid 33% fukthalt med och utan tillsats bindemedel var i intervallet 8,4-8,7 mm efter kylning (data visas ej). Ökande flödentock fukthalten till 36 och 39% (wb) med tillsatt bindemedel ökade pelletdiameter till ett maximalt värde på 9,3 mm (data ej visade). Dessa pelletar torkades ytterligare i en laboratorieugn vid 70 ° C under ca 3-4 timmar. Torkning resulterade i en minskning av pelletdiameter på omkring 0,3-0,4 mm. Den största orsaken till en minskning i diameter efter torkning var på grund av sammandragning av pelletsen. Det fanns en statistiskt signifikant effekt av samspelet mellan råvaran fukthalt och dessutom bindemedel på pelletdiameter efter torkning (tabell 3). Vid 33% utgångsmaterial fukthalt pelleten diameter efter torkning var i intervallet 8,3 till 8,5 mm, medan ökning av fukthalten råmaterialet till 36% eller 39% ökad pelletsdiametern till ca 8,7 mm (figur 4). Denna ökning var endast statistiskt signifikant mellan 33% och 39% när inget bindemedel användes (Tukeys p <0,05), sannolikt på grund av de höga avvikelser i mätningarna. figur 4
Figur 4. Effekt av råmaterial fukthalt (FMC) och majsstärkelse bindemedlet på pelletdiameter efter torkning (medel ± 1SD, n = 10) Pellet diameter ökade med en ökning av råmaterial fukthalt och stärkelse tillsats.. Olika bokstäver indikerar signifikanta skillnader med hjälp av post hoc Tukey HSD test (p <0,05). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

expansions~~POS=TRUNC

Expansionsförhållandet beräknas med hjälp av pelletdiametern (ekvation 3). Expansionsförhållandet värdena var högre för pellets efter kylning jämfört med efter torkning (data ej visade). Vid 33% fukthalt utan och medDessutom bindemedel, expansionsförhållandet värdena efter kylning var i intervallet från 1,16 till 1,20. En ytterligare ökning av fukthalten till 36 och 39% utan tillsats bindemedel ökat expansionsförhållandet värden till 1,35. De torkade pelletsen hade lägre expansionsförhållanden, vilket främst beror på sammandragning av pellets både diametralt och i sidled. Vid 33% utgångsmaterial fukthalt expansionsförhållandet värdena med och utan tillsats bindemedel var i intervallet från 1,11 till 1,07 (fig 5). En ökning av matarmaterialet fukthalten till 36 och 39% ökade ytterligare expansionskvotvärdena till 1,10-1,18 (figur 5); dock var detta endast statistiskt signifikanta för 33% jämfört med 39% fukthalt med ingen tillsats bindemedel (Tukeys p <0,05; tabell 3). I fallet med pelletdiameter och expansionsförhållande, lägga till en stärkelse ökade baserat bindemedel dessa värden på alla de råmaterial fukthalter, men dessa skillnader var inte statistisktsignifikant (Tukeys p≥0.05). Expansionsförhållande resultat efter torkning bekräftar resultaten från tidigare studier, där ökad råmaterial fukt ökade expansionsförhållandet och minskade ytterligare bulkdensitetsvärden 28.

figur 5
Figur 5. Effekt av råmaterial fukthalt (FMC) och stärkelse baserade bindemedlet på expansionsförhållande av pellets efter torkning (n = 10). Expansionsförhållande av pellets ökade med en ökning av råmaterial fukthalt utan och med tillsats bindemedel. Olika bokstäver indikerar signifikanta skillnader med hjälp av post hoc Tukey HSD test (p <0,05). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

bulk Density

Skrymdensiteten hos pelletsen gjorda med ett matarmaterial fukthalt av 33% med och utan bindemedel och uppmätt efter kylning var i området av 464 till 514 kg / m 3 (data ej visade). Vid 36 och 39% utgångsmaterial fukthalt utan bindemedel var densitetsvärden bulk i intervallet 437-442 kg / m 3. Lägga bindemedel på dessa råmaterial fukthalter minskade bulkdensitet till <400 kg / m 3. Torkning av de hög-fukt pellets i en laboratorieugn vid 70 ° C under ca 3 timmar reducerade fukthalten hos pelletarna till mindre än 9% (wb). Det fanns en liten ökning i bulkdensitetsvärden av ca 50 kg / m 3 efter torkning. Den ökning av tätheten efter torkning kan bero på färre interpartikelvätskebryggor, som kan ha hållit partiklarna närmare med mindre öppen struktur. Oginni 44 observerade att skrymdensiteten hos marken Loblolly tall deskrynkligt med en ökning av fukthalten. För pellets gjorda med ett matarmaterial fukthalt av 33% med och utan tillsats av bindemedel, varvid skrymdensiteten hos pelletsen var i området av 520 till 530 kg / m 3 (figur 6). Vid högre råmaterial fukthalter av 36 och 39% (wb), bulkdensiteten hos de torkade pelletarna minskade markant till <434 kg / m 3 och <437 kg / m 3, respektive. Det fanns en statistiskt signifikant effekt av samspelet mellan råvaran fukthalt och dessutom bindemedel på skrymdensitet (tabell 3). I allmänhet minskade skrymdensiteten med en ökning av utgångsråmaterialet fuktinnehåll. Dessutom finns det vissa tecken på att skrymdensiteten minskade med en ökning av stärkelsehalten (Figur 6).

figur 6
Figur 6. Effect av matarmaterial fukthalt (FMC) och stärkelsebindemedel på skrymdensiteten för pellets efter torkning (medel ± 1SD, n = 3) Nedre råmaterial fukthalt av 33% (wb) och ingen bindemedel resulterade i den högsta skrymdensiteten.. Tillsats av 2 och 4% bindemedel vid olika råmaterial fukthalter ledde till lägre bulkdensitetsvärden. Olika bokstäver indikerar signifikanta skillnader med hjälp av post hoc Tukey HSD test (p <0,05). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Beständighet (%)

efter kylning

grön Hållbarhet

Figur 7 visar hållbarheten av pellets efter kylning (green hållfasthet) och efter torkning i en ugn vid 70 ° C under 3-4 timmar (härdad hållfasthet). Högre hållbarhet värden för höga fukt pellets är önskvärt eftersom det resulterar i mindre brott under hantering och lagring på grund av skjuvning och slagmotstånd. För ANOVA, var interaktionen signifikant mellan matarmaterial fukthalt, limbindning procent, och torkning (tabell 3). Hållbarhetsvärden för de pellets efter kylning ökas med en ökning av bindemedelsinnehåll (tabell 3; Tukeys p <0,05). Vid 33% (WB) råmaterial fukthalt, hållbarhetsvärden utan bindemedel var ca 87,2%; I och med tillägg av en 2 och 4% stärkelsebindemedel, hållbarhetsvärden ökade till 93,2 och 96,1% (figur 7). Utvecklingen var likartad för de andra råmaterial fuktinnehåll av 36 och 39% (WB). Utan bindemedel hållbarhets -värdena ca 80%; Men att lägga bindemedel till biomassan ökade hållbarhetsvärden. Hållbarheten INCRlättade till omkring 90% när pelletar gjordes med ett matarmaterial fukthalt av 36% och 4% stärkelsebindemedel. Vid ännu högre råmaterial fukthalt på 39% (WB) var utvecklingen likartad, men den totala hållbarhetsvärden minskade jämfört med andra råmaterial fukthalter.

figur 7
Figur 7. Effekt av råmaterial fukthalt (FMC) och stärkelsebindemedel på hållbarhet efter kylning och efter torkning. (Medel ± 1SD, n = 3) Beständighet värden av hög fukt majs Stover pellets produceras vid 33, 36 och 39% (wb) råmaterial fukthalt ökat med tillägg bindemedel både efter kylning och efter torkning. Olika bokstäver indikerar signifikanta skillnader med hjälp av post hoc Tukey HSD test (p <0,05). Klicka här för att se en större version av denna siffra. </ P>

efter torkning

härdade Hållbarhet

Torkning av de hög-fukt pellets i en laboratorieugn vid 70 ° C under 3-4 timmar resulterade i härdning av pelletarna, och därmed öka hållbarheten hos pelletarna. Hållbarhets värdena för pellets vid 33, 36 och 39% (WB) råmaterial fukthalt ökade till> 92% (Figur 7). Hållbarhets värden vid 33% utgångsmaterial fukthalt ökas till ca 98% efter torkning (figur 7). Dessa resultat överensstämmer nära med tidigare arbete 21,28. Hållbarhetsvärden för de pellets som tillverkas med användning av ett bindemedel ökat efter torkning (Tukeys p <0,05). Vid 33% utgångsmaterial fukthalt och 4% bindemedel, de slutliga hållbarhets värden som observerades var cirka 98%. Utvecklingen var likartad på 36 och 39% råmaterialfukthalt, där bindemedlet hade en positiv effekt på hållbarhetsvärden (Tukeys p <0,05). Vid 39% råvara fukthalt med en tillsats bindemedel 2 och 4%, hållbarhetsvärden ökas till ca 94-95%.

procent fines

I föreliggande studie, de procentuella böter som genereras under pelletering var högre vid 36 och 39% (wb) jämfört med 33% (wb) råmaterial fukthalt. Lägga bindemedel resulterade i att sänka procent böter som genereras på alla råmaterial fukthalter i jämförelse med tester utan tillägg bindemedel (Figur 8). Pellete tester utförda utan bindemedel visade den högsta procent böter på cirka 11% vid 39% (WB) råvaran fukthalt. Tillsats av 2 och 4% bindemedel till majsblast, minskade procent fines genereras under pelletering för 33% och 36% (wb) jämfört med pelletar med något bindemedel tillsätts. Than lägsta procent fines som observerats i denna studie var vid 4% tillsats bindemedel och 33% (wb) råmaterial fukthalt (ca 3%).

Figur 8
Figur 8. Effekt av råmaterial fukthalt och stärkelsebindemedel på procent fines produceras från pelleterade materialet. Vid råmaterial fukthalter av 33, 36 och 39% (WB) tillsats av bindemedel reducerade procent fines i pelleterade materialet. Klicka här att se en större version av denna siffra.

Specifik energiförbrukning

Den specifika energiförbrukningen påverkades av bindemedel tillsats (Figur 9). Utan bindemedel, respektive ENergi vid 33, 36, och 39% utgångsmaterial fukthalten var mellan 118-126 kWh / ton. Lägga till en 2% bindemedel minskade den specifika energiförbrukningen till ca 75-94 kWh / ton. Ytterligare öka andelen bindemedel till 4% minskas ytterligare den specifika energiförbrukningen till ca 68-75 kWh / ton för alla råmaterial fukthalter som testades. Lägga bindemedlet vid 2 och 4% lägre den specifika energiförbrukningen med ca 20-40%.

figur 9
Figur 9. Effekt av råmaterial fukthalt och stärkelsebindemedel på den specifika energiförbrukningen för den höga fuktpelleteringsprocessen. Specifik energiförbrukning av den höga fukt majs Stover pelleteringsförfarandet minskade med cirka 20 till 40% med tillsats av 2 och 4% stärkelse baserat bindemedel. klicka här för att se en större versio n av denna siffra.

Statistisk analys

Statistisk analys genomfördes i JMP 10 43. En tvåvägs ANOVA användes för att bestämma effekterna av råmaterial fukthalt (33, 36, 39%) och majsstärkelse bindemedel (0, 2, 4%) på pellets fukthalt (n = 3), pelletdiameter (n = 10), expansionsförhållande (n = 10), och skrymdensitet (n = 3). En tre-vägs ANOVA användes för att bestämma effekterna av fukthalt (33, 36, 39%), majsstärkelse bindemedel (0, 2, 4%), och torkning (före torkning, efter torkning) på hållbarhet (n = 3 ). Rester uppfyllde ANOVA antaganden om normalitet och homogenitet av varians. För att möta dessa antaganden, var pellets fukthalt omvandlas genom att höja data till den 4: e makt. Om de faktorer som testats i ANOVA var signifikant vid p <0,05, var Tukey HSD test som används för post hoc parvisa jämförelser.

tält "fo: keep-together.within-page =" 1 "> tabell 3
Tabell 3. Statistisk signifikans av de processvariabler baserade på variansanalys (ANOVA).

Discussion

De kritiska stegen i hög fuktighet pellete metod för att producera pellets med önskad hållbarhet till lägre specifik energiförbrukning är: 1) att torka den höga fukt majs Stover till de önskade fuktnivåer (33-39%, WB), 2) tillsats procent bindemedel och 3) att mata hög fuktighet biomassa jämnt i pelletsverket. Råvara fukt och procent bindemedel är processvariabler som påverkat pellets egenskaper (täthet och hållbarhet pellets före kylning och efter torkning) och specifik energiförbrukning pelleteringsprocessen. Det rekommenderas att testa innehållet i råmaterialet fukt innan det används för pellete studier. Utfodring av hög fuktighet majs Stover på 33, 36 och 39% (WB) jämnt till pelleten kvarnen har en inverkan på kvaliteten och energiförbrukning. Modifiera pelletfabrik mataren med en frekvensomformare var nödvändig för att mata biomassan jämnt till pelletsverket.

Resultaten frånFöreliggande studie visade att tillsats av bindemedel till den höga fukt majs Stover gjorde minska skrymdensiteten hos pelletsen marginellt, men förbättrades hållbarheten betydligt. Lägga till en stärkelsebaserat bindemedel ökade fukthalten i pelletsen efter komprimering och extrudering, men ökningen konstaterades inte vara statistiskt signifikant i nästan alla de undersökta fallen. Förlusten av fukt under pellete var cirka 3-4% vid tillsats av 4% bindemedel, medan den var högre (7-8%, WB) utan bindemedlet. Tillsats av ett bindemedel till majs Stover kan ha 1) reducerade uppehållstiden för materialet i munstycket och 2) reducerade friktionsmotstånd i munstycket, och därigenom minska den formtemperatur, som kan ha resulterat i mindre fuktförlust under komprimering och extrudering i pelleten dö.

Det fanns en ökning av pelletdiameter efter att den strängsprutades från pelleten munstycket och torkades (figur 4). Denna ökning var storer vid högre innehåll råmaterial fukt och med tillsats stärkelsebindemedel. Skrymdensiteten hos pelletsen var i området av 510 till 530 kg / m 3 vid 33% (wb) råmaterial fukthalt med och utan ett bindemedel. Tidigare forskning har visat att högre halt råmaterial fukt av ca 38% (WB) resulterar i lägre bulkdensitet, främst på grund av expansion av pellets när de kommer ut genom munstycket 21,28. Det är ett vanligt fenomen att när hög fukthalt biomassematerial extruderas genom munstycket under tryck det resulterar i fukt avluftning 12,21. Fukt avluftning ger vika för utbyggnaden av pellets, både i axiell och diametral riktning. I allmänhet är den diametrala expansionen mer framträdande än axiell expansion. En annan orsak till expansionsbeteende biomassa efter kompression och extrudering genom pellets dör kan vara att fibrer biomassa koppla av i närvaro av fukthalten. Ndiema et al. 45 ochEt al. Mani 18 indikerade att frisättning av det applicerade trycket i en form resulterar i avslappning av den komprimerade biomassa. Relaxationsegenskaperna är beroende av många faktorer såsom partikelstorlek, råmaterial fukthalt och applicerat tryck. Även i denna studie har vi observerat att skrymdensiteten ökar efter torkning, vilket kan bero på färre interpartikel flytande broar som kan ha hållit partiklarna närmare och producerade en mindre öppen struktur. Oginni 45 observerade att skrymdensiteten hos marken Loblolly tall minskade med ökad fukthalt.

Hållbarhet hos pelletsen mättes för att förstå styrkan av pelletsen. Generellt pellets är föremål för skjuvning och slag motstånd under lagring, transport och hanteringen 4,46. Kaliyan och Morey 47 föreslog att hållbarheten hos pellets som produceras omedelbart efter produktion (grön styrka) är annorlunda än dukompatibiliteten av pellets som lagras i några dagar efter tillverkningen (härdad styrka). Pellets med lägre hållbarhet värden sönder och öka risken för problem lagring, såsom off-gasning och självantändning som kan orsaka intäktsförluster för pelletstillverkare. Enligt Europeiska standardiseringskommittén (CEN) och USA Pellet Fuels Institute (PFI) rekommenderade värdena för hållbarhet är> 96,5% för hög kvalitet eller premium kvalitet pellets 31. I denna studie, hållbarhetsvärden ökat till cirka 94-95% när pellete med ett stärkelsebindemedel vid 39% fukthalt jämfört med pelletar framställda med något bindemedel som hade beständighetsvärden i intervallet från 83 till 85% efter torkning. Pelletsen tillverkas i 33% (WB) råmaterial fukthalt hade hållbarhet värden> 96,5% och uppfylla de internationella standarder.

Fukt har olika funktioner under pellete biomassa, inklusive: 1) fast bryggbildning mellanpartiklarna biomassa grund van der Waals krafter, 2) aktivering av naturliga bindemedel som protein, stärkelse och lignin närvarande i biomassan, och 3) främja stärkelse och proteinbaserade reaktioner som gelatinisering och denaturering som har en stark inverkan på de texturegenskaper, såsom hårdhet 4-12. När det gäller lignocellulosa, är den viktigaste bindemedel lignin (biomassa: 27-33%, örtartade biomassa: 12-16%) 4. Ligninhalten i majs Stover bestämdes till i genomsnitt ca 16% baserat på en genomgång av uppgifter om sammansättning, inklusive litteraturkällor och råmaterial databaser 48. Ligninmolekyler, som har högre rörlighet på högre fukthalt, fungerar som ett klister och resulterar i en starkare bindning; emellertid på mycket höga nivåer fukten kommer att fungera mer som ett smörjmedel resulterar i mindre bindande. I föreliggande studie, vid en mycket hög fukthalt av ca 39% (wb) fukt kan ha agerat mer som ett smörjmedel och resulterade i låg hållbarhet ennd mer böter generation pellets tillverkningsprocessen. Högre beständighetsvärden observerades genom tillsats av ett bindemedel vid en högre utgångsmaterial fukthalt av 36 och 39% (wb), som skulle kunna orsakas av gelatinering av stärkelse i närvaro av munstyckstemperatur och råmaterial fukthalt. Dessa gelatine reaktioner kan leda till bildning av tvärbindning av stärkelsen med de andra komponenterna av biomassa.

Den procentuella böter som genereras under pelleteringsprocessen är en bra indikator för hur väl biomassa bildar pellets. Generation av fina partiklar under pelleteresulterar i produkt- och intäktsförluster till pellets producent. Överdriven fin generation under pelleteprocesser kan också ha en inverkan på kvalitetsegenskaper såsom densitet och hållbarhet. Den böter generationen under pellets tillverkningsprocessen påverkas av biomassa sammansättning (dvs, stärkelse, protein, lignin och vaxer), pellets kvarn processvariabler <em> dvs förhållandet mellan längd och diameter (L / D-förhållande), die rotationshastighet, vattenånga, förvärmning), och råmaterial variabler (dvs råmaterial fukthalt, partikelstorlek och matning) 4. De aktuella resultaten indikerar att tillsatsen av bindemedlet inte bara minskar procent av fina partiklar som genereras, men bidrar också till att förbättra de fysikaliska egenskaperna medan den specifika energiförbrukningen minskar. Lägre procent fines genererade tyder på att biomassan har en större pelletability.

Tumuluru et al. 4 i sin granskning på förtätningssystem är lämpliga för att göra biomassa till en produkt handelsvara typ indikerade att lägga bindemedel hjälper till att minska extrudering energi, vilket resulterar i att minska den specifika energiförbrukningen. Typiskt, längd till diameter (L / D) förhållande styr uppehållstiden för materialet i munstycket och hjälper bindningen av biomassa. Dessutom styr L / D-förhållande strängsprutningsenergi och det särskildafic energiförbrukning. Högre L / D-förhållande ökar uppehållstiden, vilket förbättrar de fysikaliska egenskaperna hos pelletarna, men ökar den energi som krävs för strängsprutning. Tillsats av ett bindemedel till biomassa kan hjälpa binda biomassan vid lägre L / D-förhållande och minska strängsprutningsenergi. I denna studie, var en konstant längd och diameter (L / D) förhållande av (2,6) som valts. Framtida forskning syftar till att förstå effekten L / D-förhållande av pellets dör och dess samspel med råmaterial fukthalt på pelletkvalitetsegenskaper av.

De experimentella data om biomassa förbehandling (slipning, torkning och pelletering) erhålls från biomassa National Användar Facility (https://www.inl.gov/bfnuf/) ligger på INL och tillhörande teknisk-ekonomisk analys visade att torkning av biomassa från 30- 10% (wb) förbrukar en stor mängd energi (opublicerade data). Den höga fuktpellete process som utvecklats vid INL kan bidra till att minska pelletstillverkningskostnaden jämfört med en konventionell pelletproduktionsmetoden 24. Föreliggande studie visade att tillsats av ett stärkelsebaserat bindemedel till en hög fuktpelleteringsprocess förbättrades hållbarheten hos pelletarna till> 92% efter kylning vid de råmaterial fukthalter av 36 och 39% (wb), och det minskade även specifik energi förbrukning av pelleteringsprocessen med ca 20-40%. Större hållbarhet värdena för de pellets som gjordes vid högre matarmaterial fukt är viktigt eftersom de kan hanteras effektivt av transportörerna. Vanligtvis låg hållbarhet pellets smulas sönder till böter under hantering och lagring, vilket resulterar i intäktsförluster för pelletstillverkare. Dessutom kan böter som genereras i processen innebära säkerhetsrisker som självantändning och off-gasning 28,41. Den specifika energireduktion med ca 20 till 40% med användning av ett bindemedel uppväger kostnaden för bindemedlet. Dessutom, baserat på denna studie kan vi dra slutsatsen att en del av biprodukterna från livsmedelsindustrin kan användas för pelletering av biomassaför bioenergiapplikationer. För närvarande har hög fuktpellete process påvisas genom en laboratorieskala platt munstycke pelletsfabrik. Protokollet som beskrivs här för laboratorieskala pelletsfabrik kommer att utgöra grunden för att utveckla skala upp modeller och för att testa processen pilotskala och kommersiell skala pelletsfabriker.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Flat die pellet mill Colorado Mill Equipment, Canon City, CO, USA ECO-10 pellet mill
Heating tapes BriskHeat, Columbus, OH, USA Silicon Rubber Heater, Etched foil elements
Thermocouples Watlow, Burnaby, BC, Canada J-type
Variable frequency drive Schneider Electric, Palatine, IL, USA Altivar 71
Pellet cooler Colorado Mill Equipment, Canon City, CO, USA CME ECO-HC6 
Data logging software National Instruments Corporation, Austin, TX, USA Labview software
Durability tester Seedburo Equipment Co., Des Plaines, IL, USA Pellet durability tester
Hammer mill  Bliss Industries  CME ECO-HC6 
Grinder Vermeer HG200
Horizontal mixer Colorado Mill Equipment, Canon City, CO, USA ECO-RB 500
Blue grit utilty cloth 3M Part No.05107-150J grade
Insulation materail McMaster Carr Flexible fiberglass insulation
Feeder controller KB Electornics, INC KBIC-DC-MTR direct current motor controller
Dust exhaust system Delta Model No: 50-763, Serial No: 2010 11OI1415
Vernier calipers VWR® Digital Calipers Part Number: 12777-830
Binder ACH Food Companies Inc., Memphis, TN, USA ARGO 100% pure corn starch
Corn stover Harvested in Iowa and procurred in bale form

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Miljövetenskap majsstjälkar hög fuktighet pellete processvariabler stärkelsebindemedel pellets egenskaper specifik energiförbrukning
Metod för att producera hållbart Pellets på lägre energiförbrukning använder höga fukt Corn Stover och majsstärkelse Binder i en platt Die Pellet Mill
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Tumuluru, J. S., Conner, C. C.,… More

Tumuluru, J. S., Conner, C. C., Hoover, A. N. Method to Produce Durable Pellets at Lower Energy Consumption Using High Moisture Corn Stover and a Corn Starch Binder in a Flat Die Pellet Mill. J. Vis. Exp. (112), e54092, doi:10.3791/54092 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter