DEVELOPMENT OF TORIFIED FUEL FROM AGRICULTURAL WASTE WITH MICROWAVE TECHNIC

Abstract

Torrefaction is a process in getting rid of moisture and volatile matter at temperature of 200-400 oC under atmospheric pressure which is the procedure to develop qualities of biomass as alternative energy. However, the heat input in the process has high energy consumption. Therefore, Microwave technique is applied to be an energy source for the process. The objectives of this research were to study the quality improvements of agricultural waste, wood chips and palm leaves using microwave torrefaction process, to analyze the effects of microwave power and torrefaction time on chemical and physical properties and heating value of wood chips and palm leaves in powder form by setting 180-600W microwave power and 10-20 min torrefaction time, as well to construct mathematical models to predict heating value of torrefied fuel and to investigate energy consumption of the process. The results showed that microwave power and torrefaction time affected qualities and heating values of wood chips and palm leaves. Increasing the microwave power and torrefaction time moisture content and volatile matter decreased, while ash, fixed carbon and heating vales of torrefied fuel inceased. Therefore, the optimal condition of this research was 450W microwave power and 20 min torrefaction time. The heating values of wood chips and palm leaves torrefied at the condition were 23.12% and 22.76% that increased raw biomass about 27.50% and 27.50%, respectively. The energy consumption of torrefaction process increased when both of microwave power and time increased. It was shown that the energy consumption of higher microwave power with shorter torrefaction time seem to be not different from lower microwave power with longer torrefaction time condition. The empirical mathematical models was suitable for estimating heating values that the average R-squares were in the range 0.9390-0.9445 The average electric power consumption rates were in the range of 0.04 and 0.22 kWh. At production all energy costs equal to 0.54 kWh/g. For SEM analysis, it was found that terrified products were broken and smaller when the power wattage of microwave increased. The ratio of hydrogen to carbon and oxygen to carbon analysis used microwave power 600 W at 20 minutes it was found that the value was in the range of 0.0928-0.0934% and 0.5883-0.5622% ,respectively. The value that decreased from initial biomass product that is considered an advantage point because of less smoke and steam formations.

กระบวนการทอร์รีแฟคชั่นเป็นกระบวนการปรับปรุงคุณภาพของชีวมวล โดยการกำจัดความชื้นและสารระเหยที่อุณหภูมิต่ำ 200-400 oC ภายใต้ความดันบรรยากาศ ทั้งนี้เพื่อนำไปทดแทนการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลในอนาคตได้ อย่างไรก็ตามการป้อนความร้อนในกระบวนการทอร์รีแฟคชั่นมีการใช้พลังงานในการป้อนความร้อนสูง ดังนั้นจึงมีการนำเทคนิคคลื่นไมโครเวฟจึงถูกนำมาประยุกต์ใช้เพื่อเป็นแหล่งพลังงานให้แก่กระบวนการทอร์รีแฟคชั่น งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ในศึกษาการเพิ่มคุณภาพวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรประเภทเศษไม้ลำไยและทางใบปาล์มด้วยกระบวนการทอร์รีแฟคชั่นด้วยเทคนิคคลื่นไมโครเวฟ โดยมีการวิเคราะห์และเปรียบเทียบผลกระทบของกำลังวัตต์ไมโครเวฟ และเวลาทอร์รีแฟคชั่นต่อคุณสมบัติทั้งทางเคมี กายภาพ และค่าความร้อนของเศษไม้ลำไยและทางใบปาล์มที่อยู่ในรูปแบบกาก โดยกำหนดกำลังวัตต์ไมโครเวฟเท่ากับ 180-600 W และเวลาเท่ากับ 10-20 min ผลการศึกษา พบว่า กำลังวัตต์ไมโครเวฟและระยะเวลาทอร์รีแฟคชั่นมีผลกระทบต่อคุณสมบัติ และค่าความร้อนของเศษไม้ลำไยและใบปาล์ม โดยเมื่อกำลังวัตต์และเวลาเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความชื้นและสารระเหยลดลง ขณะเดียวกัน ปริมาณเถ้าและคาร์บอนคงตัวเพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลให้ค่าความร้อนของเชื้อเพลิงทอร์รีไฟด์เพิ่มขึ้น ทำให้ได้ว่าเงื่อนไขกำลังวัตต์และเวลาทอร์รีแฟคชั่นที่เหมาะสมสำหรับงานวิจัยนี้ คือ 450 W และ 20 min ตามลำดับ ซึ่งมีค่าความร้อนของเศษไม้ลำไยและทางใบปาล์มทอร์รีไฟด์เท่ากับ 23.12 MJ/kg และ 22.76 MJ/kg เพิ่มขึ้นจากชีวมวลตั้งต้น คิดเป็น 25.17% และ 27.50% ตามลำดับ การใช้พลังงานไฟฟ้าของกระบวนการทอร์รีแฟคชั่นเพิ่มขึ้นเมื่อกำลังวัตต์ไมโครเวฟและเวลาเพิ่มขึ้น โดยกำลังวัตต์ไมโครเวฟที่สูงขึ้นและเวลาลดลง มีการใช้พลังงานใกล้เคียงกับกรณีที่กำลังวัตต์ไมโครเวฟที่ต่ำกว่า แต่ใช้เวลาเพิ่มขึ้น สำหรับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เอมไพริคอลสำหรับหาค่าความร้อนของเชื้อเพลิงทอร์รีไฟด์ สามารถพยากรณ์ค่าความร้อนได้ดี มีค่า R-squares เฉลี่ยอยู่ในช่วง 0.9390-0.9445 อัตราการใช้พลังงานไฟฟ้าโดยเฉลี่ยอยู่ในช่วง 0.04-0.22 kWh ส่งผลให้การผลิตมีต้นทุนพลังงานทั้งหมด 0.54 kWh/g จากการวิเคราะห์ SEM โครงสร้างชีวมวลเกิดการแตกหักและมีขนาดเล็กลงเมื่อกำลังวัตต์ไมโครเวฟเพิ่มสูงขึ้น และเมื่อดูจากอัตราส่วนอะตอม H/C และ O/C ที่เงื่อนไข 600 W 20 min มีค่าอยู่ในช่วง 0.0928-0.0934 % และ 0.5883-0.5622 % ลดลงจากชีวมวลเริ่มต้น ซึ่งถือเป็นข้อดีเพราะทำให้ควันและไอน้ำที่ก่อตัวน้อยลง