การปรับปรุงสมบัติทางด้านเชื้อเพลิงของกะลาปาล์ม ด้วยกระบวนการทอร์รีแฟคชันโดยใช้ปฏิกรณ์แบบสกรูลำเลียง

Fuel Properties Improvement of Palm Kernel Shell with Torrefaction Process by using Screw Conveyor Reactor

Abstract

วัตถุประสงค์และที่มา : วัสดุเศษเหลือจากปาล์มน้ำมันมีศักยภาพในการที่จะใช้เป็นแหล่งพลังงานได้อย่างยั่งยืน แม้ว่าจะมีคุณลักษณะทางด้านเชื้อเพลิงที่ต่ำ เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าวจึงได้ใช้กระบวนการทอร์รีแฟคชันในการปรับปรุงเพื่อให้ได้เชื้อเพลิงแข็งที่มีประสิทธิภาพทางด้านพลังงาน วิธีดำเนินการวิจัย : ได้ทำการออกแบบและสร้างปฏิกรณ์แบบสกรูลำเลียงที่ดำเนินการได้อย่างต่อเนื่องสำหรับกะลาปาล์มเพื่อปรับปรุงสมบัติทางด้านเชื้อเพลิงในช่วงอุณหภูมิ 200 - 300 oC และเวลาที่อยู่ในปฏิกรณ์ช่วง 50 - 500 วินาที ผลการวิจัย : ร้อยละผลได้เชิงมวลจะแปรผกผันกับดัชนีความรุนแรงของการทำทอร์รีแฟคชัน โดยทอร์รีไฟด์กะลาปาล์มจะมีปริมาณคาร์บอนคงที่มากกว่ากะลาปาล์ม ในขณะที่ปริมาณความชื้นและปริมาณสารระเหยมีค่าลดลงเมื่ออุณหภูมิและเวลาที่อยู่ในปฏิกรณ์เพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลให้ปริมาณอะตอมของคาร์บอนและไนโตรเจนเพิ่มขึ้นแต่อะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจนลดลง โดยเมื่อพิจารณาสภาวะที่เหมาะสมจะพบว่าที่อุณหภูมิ 260oC และเวลา 500 วินาที จะมีค่า EMCI มากที่สุด ซึ่งสามารถทำให้ผลิตภัณฑ์ทอร์รีไฟด์กะลาปาล์มที่ได้มีปริมาณความชื้นและสารระเหยต่ำ ในขณะที่ปริมาณคาร์บอนคงตัวมีค่าสูงขึ้น เป็นผลให้ค่าความร้อนเพิ่มขึ้น 1.20 เท่า เมื่อเปรียบเทียบกับกะลาปาล์ม นอกจากนี้ ผลจากการศึกษาด้วย TGA แสดงให้เห็นว่าทอร์รีไฟด์กะลาปาล์มมีปริมาณความชื้น สารระเหยง่าย เฮมิเซลลูโลส และเซลลูโลสน้อยกว่ากะลาปาล์ม อีกทั้งผลของ SEM พบว่าพื้นผิวของทอร์รีไฟด์กะลาปาล์มมีความเรียบสูงกว่าซึ่งเป็นผลมาจากการสลายตัวของเฮมิเซลลูโลส และเซลลูโลสด้วยความร้อนจากกระบวนการทอร์รีแฟคชัน ผลิตภัณฑ์ทอร์รีไฟด์ที่ได้จึงสามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ดีกว่ากะลาปาล์ม สรุปผลการวิจัย : ผลการศึกษาวิจัยแสดงให้เห็นว่าปฏิกรณ์แบบสกรูลำเลียงที่ดำเนินการได้อย่างต่อเนื่องมีประสิทธิภาพสำหรับกระบวนการทอร์รีแฟคชันเพื่อใช้ในการปรับปรุงคุณลักษณะทางด้านเชื้อเพลิงของชีวมวล  Background and Objectives: Waste from oil palm has the potential to be used as a sustainable energy source, despite its low fuel characteristics. To address this, the torrefaction technique was employed to convert the waste into a solid fuel with improved energy efficiency. Methodology: The study involved designing and constructing a continuous screw conveyor reactor for oil palm kernel shells (PKS) to enhance fuel properties at temperatures ranging from 200 to 300°C and residence times between 50 and 500 seconds. Main Results: The research found that the mass yield percentage was inversely related to the severity index of the torrefaction. Torrefied PKS had a higher fixed carbon content than untreated PKS, while moisture and volatile content decreased with increased torrefaction temperature and residence time. Optimal conditions were observed at 260°C and 500 seconds, resulting in the highest Energy-mass co-benefit index (EMCI). This produced torrefied oil palm with low moisture and volatile content, higher fixed carbon, and increased heating value by 1.20 times compared to untreated PKS. Additionally, thermogravimetric analysis (TGA) revealed that torrefied PKS had lower moisture, volatile matter, hemicellulose, and cellulose content compared to untreated PKS. SEM analysis shows that the surface of torrefied PKS is smoother, attributed to the decomposition of hemicellulose and cellulose during the torrefaction process. The resulting torrefied product proves to be a more favorable biofuel option compared to untreated PKS. Conclusions: The continuous screw conveyor reactor demonstrated efficiency in torrefaction for improving biofuel characteristics in waste of oil palm biomass.