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Enregistrement W3199147880 · doi:10.3389/fenrg.2021.728140

Biomass Torrefaction Process, Product Properties, Reactor Types, and Moving Bed Reactor Design Concepts

2021· article· en· W3199147880 sur OpenAlexaff
Jaya Shankar Tumuluru, Bahman Ghiasi, N.R. Soelberg, Shahab Sokhansanj

Notice bibliographique

RevueFrontiers in Energy Research · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueThermochemical Biomass Conversion Processes
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesOffice of Energy EfficiencyOffice of Energy Efficiency and Renewable EnergyIdaho Operations Office, U.S. Department of EnergyU.S. Department of Energy
Mots-clésTorrefactionBiomass (ecology)Heat of combustionPulp and paper industryRaw materialWater contentMoistureMaterials scienceWaste managementChemistryPyrolysisCombustionOrganic chemistryAgronomy

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Torrefaction, a thermal pretreatment process, is gaining attention as it improves the physical properties and chemical composition of biomass for recycling. During torrefaction, biomass is heated slowly in an inert or oxygen-deficit environment to a maximum temperature of 300°C. The torrefaction process creates a solid uniform product with lower moisture and higher energy content than the raw biomass. During torrefaction, moisture and some volatile organic compounds volatilize from the biomass. Depending on stoichiometry and other conditions, non-condensable gas species, including CO and CO 2 , are formed. The specific objectives of this research are to: 1) understand the impact of torrefaction on product quality in terms of the physical properties, chemical composition, and storage behavior of the biomass; 2) discuss the various reactors used for biomass torrefaction; and 3) develop a model for designing a moving bed torrefier, considering fundamental heat and mass transfer calculations. Torrefaction improves the physical properties, chemical composition, and energy and storage properties of biomass. Torrefaction of biomass at 300°C increases the energy content by about 30% as compared to the raw biomass. For example, when torrefied, the calorific value of the biomass increases from about 18–19 MJ/kg to about 20–24 MJ/kg. The torrefied material has a moisture content of about 1–3% wet basis (w.b.). The loss of the hydroxyl group during torrefaction makes the biomass hydrophobic. The brittle nature of the torrefied biomass makes it easier to grind. The devolatilization and carbonization reactions change the proximate and ultimate composition. The carbon content increases, whereas the hydrogen, oxygen, and nitrogen content of the biomass decreases. Despite its superior properties, the commercialization of torrefaction technology is slow due to challenges associated with reactor design and final product quality. The different types of reactors that are typically used for biomass torrefaction are the fixed bed, rotary drum, microwave, fluidized bed, and horizontal and vertical moving bed. The moving bed reactor has gained popularity among the different torrefaction reactor designs as it is easy to operate and scale. In addition, it helps produce a uniform torrefied product. In this paper, different moving bed torrefaction and gas recycle concepts are conceptualized to assess the features, advantages, and disadvantages of various design and operating concepts. These designs include example concepts for: 1) vertical and horizontal torrefaction reactors; 2) recycle of all or a portion of the torrefier off-gas; 3) counter and co-flowing gas and biomass in the torrefier; 4) controls for the system temperatures, pressures, flow rates, and gas compositions; and 5) the ability to sample the biomass feed, torrefied product, and gas streams for analysis as needed to investigate the thermal decomposition, physical behavior, and operational performance of the torrefaction system. The article also briefly describes the solid feed system, gas supply and recycle system, solid product management, torrefier gas monitoring, control system, and fugitive dust emissions control. The model presented in this paper includes a set of equations for basic calculations to configure the torrefaction reactor dimensions, such as diameter and height of the moving bed torrefier for different capacities based on target and calculated solids and gas velocities, residence times, and temperatures.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,006

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,037
Tête enseignante GPT0,276
Écart entre enseignants0,239 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations199
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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