DELVELOPMENT OF A PROTOTYPE PYROLYSIS REACTOR FOR AGRICULTURAL RESIDUES

Abstract

Biochar and bio liquid from the pyrolysis process are products that communities or farmers need. In the past, the production of charcoal and bio-liquids used fixed-bed reactors, which resulted in a rather long time and poor product properties. Therefore, to improve the production of charcoal and bio-fluids. This research aims to develop a biochar and bio-liquid production process using a moving bed pyrolysis reactor. The research was carried out on the design, construction, performance evaluation and economics of the system. The pyrolysis reactor was a moving bed, the main components include a 0.28 m3 pyrolysis chamber, external heat feeder and bio-liquid condensers. The pyrolysis chamber was a cylindrical chamber, a horizontal central axis and a stirring impeller inside. The heat feeder uses cooking gas, model KB-10 and 1 gas burner for heating, the condenser was used a coiled tube heat exchanger and uses air for heat exchange. The biomass used corn cob and tested of 30 kg/time, the required pyrolysis temperature was used in the range of 450-550 oC. The results showed that, moving bed pyrolysis reactor was work well and that can be produce biochar and bio-liquid as designed. The average energy conversion efficiency for reactor was of 55.06%. The maximum temperature in pyrolysis reactor was of 590 oC. The products of pyrolysis process were obtained the biochar, bio liquid and pyrolysis gas accounting of 28.16% 13.17%. and 58.68% respectively. The thermal and electrical energy consumption index of the reactor was of 27.25 MJ/kg and 0.21 kWh/kg, the calorific value of biochar was obtained of 28.55 MJ/kg, the pH and specific gravity of wood vinegar was of 2.2 and 1.0145, all meeting the community product standard. The cost analysis and economics for applied, the average production cost of biochar and bio-liquid was of 33.52 baht/kg and 87.14 baht/kg respectively. The use of nitrogen as the carrier gas was resulted in the high costs. In the case of unused nitrogen, the net present value was of 126,347.07 baht, the internal rate of return was of 25.34%, and the payback period of 2.85 years. However, in the case of converting cooking gas to biomass fuel, that was believed, the cost of biochar and bio-liquid production can be further reduced.

ถ่านชีวภาพและของเหลวชีวภาพจากกระบวนการไพโรไลซิสเป็นผลิตภัณฑ์ที่ชุมชนหรือเกษตรกรมีความต้องการ ที่ผ่านมาการผลิตถ่านและของเหลวชีวภาพส่วนใหญ่ใช้เตาปฏิกรณ์แบบเบดคงที่ซึ่งทำให้ใช้เวลาในกระบวนการที่ยาวนานและคุณสมบัติผลิตภัณฑ์ที่ได้ไม่สมบูรณ์ เพื่อแก้ไขกระบวนการผลิตถ่านและของเหลวชีวภาพ งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนากระบวนการผลิตถ่านชีวภาพและของเหลวชีวภาพโดยใช้เตาปฏิกรณ์ไพโรไลซิสแบบเบดเคลื่อนที่ การวิจัยได้ดำเนินการออกแบบ สร้าง ประเมินสมรรถนะและเศรษฐศาสตร์การทำงานของระบบ เตาปฏิกรณ์ไพโรไลซิสที่ออกแบบเป็นแบบเบดเคลื่อนที่ มีส่วนประกอบหลัก ได้แก่ ห้องไพโรไลซิสขนาด 0.28 m3 ชุดป้อนความร้อนภายนอกและเครื่องควบแน่นของเหลวชีวภาพ ห้องไพโรไลซิสเป็นห้องทรงกระบอก มีแกนกลางแนวนอนและใบพัดกวนอยู่ภายใน ชุดป้อนความร้อนใช้แก๊สหุงต้มพร้อมหัวเตาแก๊สรุ่น KB-10 จำนวน 1 หัวในการให้ความร้อนและชุดควบแน่นใช้ท่อแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขดและใช้อากาศในการแลกเปลี่ยนความร้อน ชีวมวลทดสอบใช้ซังข้าวโพดและทดสอบครั้งละ 30 kg อุณหภูมิไพโรไลซิสที่ต้องการใช้งานอยู่ในช่วง 450-550 oC ผลการวิจัยพบว่าชุดเตาปฏิกรณ์ไพโรไลซิสแบบเบดเคลื่อนที่สามารถทำงานได้ดีสามารถผลิตถ่านชีวภาพและของเหลวชีวภาพได้ตามที่ออกแบบไว้ ประสิทธิภาพการเปลี่ยนรูปพลังงานของเตาปฏิกรณ์เฉลี่ย 55.06% อุณหภูมิสุงสุดของเตาปฏิกรณ์ไพโรไลซิสทำได้ 590 oC ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการได้แก่ ถ่านชีวภาพ ของเหลวชีวภาพและก๊าซไพโรไลซิส คิดเป็น 28.16% 13.17% และ 58.68% ตามลำดับ ดัชนีการใช้พลังงานความร้อนและไฟฟ้าของชุดเครื่องปฏิกรณ์ 27.25 MJ/kg และ 0.21 kWh/kg ถ่านชีวภาพที่ได้มีค่าความร้อน 28.55 MJ/kg น้ำส้มควันไม้มีค่าความเป็นกรด-ด่างและความถ่วงจำเพาะเท่ากับ 2.2 และ 1.0145 ทั้งหมดเป็นไปตามเป็นไปเกณฑ์มาตรฐานผลิตภัณฑ์ชุมชน ด้านการวิเคราะห์ต้นทุนและเศรษฐศาสตร์เมื่อนำไปใช้งานต้นทุนการผลิตถ่านชีวภาพและของเหลวชีวภาพเฉลี่ย 33.52 บาท/kg และ 87.14 บาท/kg การใช้ไนโตรเจนเป็นก๊าซพาหะในกระบวนการผลิตส่งผลให้ต้นทุนสูงและในกรณีของการไม่ใช้ไนโตรเจนจะทำให้มูลค่าปัจจุบันสุทธิ 126,347.07 บาท อัตราผลตอบแทนภายใน 25.34 % และมีระยะเวลาคืนทุนอยู่ที่ 2.85 ปี อย่างไรก็ตามด้วยในกรณีของการเปลี่ยนเชื้อเพลิงจากแก๊สหุงต้มเป็นเชื้อเพลิงชีวมวลเชื่อได้ว่าจะทำให้ต้นทุนการผลิตต่อหน่วยของถ่านชีวภาพและของเหลวชีวภาพลดลงได้อีก