Published May 14, 2024 | Version v1
Publication Open

Valorization of rice straw via torrefaction and its effect on the physicochemical properties

Creators

  • 1. Indian Institute of Technology Delhi
  • 2. Sardar Swaran Singh National Institute of Bio-Energy

Description

Abstract The surplus biomass residue generated from biomass harvesting has enough potential for generating bioenergy and is a promising energy source for future use. Biomass possesses a high moisture content and low calorific value and therefore needs improvement to convert it into solid biofuel. In the present study, torrefaction of lignocellulosic biomass (rice straw) was carried out to enhance its physicochemical characteristics for producing high-grade biofuels and chemicals. For three sets of temperatures (200, 250, and 300°C) and residence times (30 minutes, 45 minutes, and 60 minutes), experiments were conducted in a batch reactor at a heating rate of 10°C.min− 1 in an inert environment. The torrefied products obtained were analyzed using various analytical techniques, such as proximate and ultimate analysis, calorific value measurement, and FTIR analysis. The results revealed that torrefaction at a mild temperature of 200°C and 30 minutes of residence time resulted in a maximum mass yield of 87% and an energy yield of 97%, which subsequently decreased at higher temperatures. The calorific value increased with increasing torrefaction temperature, with a maximum value of 19.50 MJ.kg− 1 occurring at 300°C and 60 minutes of residence time. Since H2O, CO, and CO2 are released upon torrefaction, a significant decrease in the number of hydroxyl groups was observed in the FTIR spectra. Despite the high calorific value at 300°C, 250°C and 30 minutes of residence time are the optimum torrefaction conditions for rice straw due to the significant mass and energy yield and the significant presence of amorphous carbon, as confirmed by Raman spectroscopy. This study will improve the physicochemical properties of rice straw for the production of high-value fuels, chemicals, and other high-strength materials.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص إن بقايا الكتلة الحيوية الفائضة المتولدة من حصاد الكتلة الحيوية لديها إمكانات كافية لتوليد الطاقة الحيوية وهي مصدر طاقة واعد للاستخدام في المستقبل. تمتلك الكتلة الحيوية نسبة رطوبة عالية وقيمة حرارية منخفضة وبالتالي تحتاج إلى تحسين لتحويلها إلى وقود حيوي صلب. في هذه الدراسة، تم إجراء تحضير الكتلة الحيوية اللجنية السليلوزية (قش الأرز) لتعزيز خصائصها الفيزيائية الكيميائية لإنتاج الوقود الحيوي والمواد الكيميائية عالية الجودة. بالنسبة لثلاث مجموعات من درجات الحرارة (200 و 250 و 300 درجة مئوية) وأوقات الإقامة (30 دقيقة و 45 دقيقة و 60 دقيقة)، تم إجراء التجارب في مفاعل دفعي بمعدل تسخين 10 درجةمئوية. دقيقة-1 في بيئة خاملة. تم تحليل المنتجات التي تم الحصول عليها باستخدام تقنيات تحليلية مختلفة، مثل التحليل التقريبي والنهائي، وقياس القيمة الحرارية، وتحليل FTIR. كشفت النتائج أن التسخين عند درجة حرارة معتدلة تبلغ 200 درجة مئوية و 30 دقيقة من وقت الإقامة أدى إلى أقصى إنتاج للكتلة بنسبة 87 ٪ وإنتاج للطاقة بنسبة 97 ٪، والتي انخفضت لاحقًا عند درجات حرارة أعلى. زادت القيمة الحرارية مع زيادة درجة حرارة التسخين، مع قيمة قصوى تبلغ 19.50 ميجا جول كجم-1 تحدث عند 300 درجة مئوية و 60 دقيقة من وقت الإقامة. نظرًا لأن H2O و CO و CO2 يتم إطلاقها عند التحلية، فقد لوحظ انخفاض كبير في عدد مجموعات الهيدروكسيل في أطياف FTIR. على الرغم من القيمة الحرارية العالية عند 300 درجة مئوية، فإن 250 درجة مئوية و 30 دقيقة من وقت الإقامة هي ظروف التسخين المثلى لقش الأرز بسبب الكتلة الكبيرة وإنتاجية الطاقة والوجود الكبير للكربون غير المتبلور، كما أكد التحليل الطيفي رامان. ستحسن هذه الدراسة الخواص الفيزيائية الكيميائية لقش الأرز لإنتاج الوقود عالي القيمة والمواد الكيميائية وغيرها من المواد عالية القوة.

Translated Description (French)

Résumé Les résidus de biomasse excédentaires générés par la récolte de biomasse ont un potentiel suffisant pour générer de la bioénergie et constituent une source d'énergie prometteuse pour une utilisation future. La biomasse possède une teneur en humidité élevée et un faible pouvoir calorifique et doit donc être améliorée pour la convertir en biocarburant solide. Dans la présente étude, la torréfaction de la biomasse lignocellulosique (paille de riz) a été réalisée pour améliorer ses caractéristiques physico-chimiques pour la production de biocarburants et de produits chimiques de haute qualité. Pour trois ensembles de températures (200, 250 et 300 °C) et de temps de séjour (30 minutes, 45 minutes et 60 minutes), des expériences ont été menées dans un réacteur discontinu à une vitesse de chauffage de 10 °C.min− 1 dans un environnement inerte. Les produits torréfiés obtenus ont été analysés à l'aide de diverses techniques analytiques, telles que l'analyse proximale et ultime, la mesure du pouvoir calorifique et l'analyse IRTF. Les résultats ont révélé que la torréfaction à une température douce de 200 °C et 30 minutes de temps de séjour a entraîné un rendement massique maximal de 87 % et un rendement énergétique de 97 %, qui a ensuite diminué à des températures plus élevées. Le pouvoir calorifique augmente avec l'augmentation de la température de torréfaction, avec une valeur maximale de 19,50 MJ.kg− 1 se produisant à 300°C et 60 minutes de temps de séjour. Étant donné que H2O, CO et CO2 sont libérés lors de la torréfaction, une diminution significative du nombre de groupes hydroxyle a été observée dans les spectres IRTF. Malgré le pouvoir calorifique élevé à 300°C, 250°C et 30 minutes de temps de séjour sont les conditions optimales de torréfaction de la paille de riz en raison du rendement massique et énergétique important et de la présence significative de carbone amorphe, comme le confirme la spectroscopie Raman. Cette étude améliorera les propriétés physico-chimiques de la paille de riz pour la production de carburants de grande valeur, de produits chimiques et d'autres matériaux à haute résistance.

Translated Description (Spanish)

Resumen El excedente de residuos de biomasa generado por la recolección de biomasa tiene suficiente potencial para generar bioenergía y es una fuente de energía prometedora para su uso futuro. La biomasa posee un alto contenido de humedad y un bajo poder calorífico y, por lo tanto, necesita mejoras para convertirla en biocombustible sólido. En el presente estudio, se llevó a cabo la torrefacción de biomasa lignocelulósica (paja de arroz) para mejorar sus características fisicoquímicas para producir biocombustibles y productos químicos de alta calidad. Para tres conjuntos de temperaturas (200, 250 y 300 °C) y tiempos de residencia (30 minutos, 45 minutos y 60 minutos), los experimentos se llevaron a cabo en un reactor discontinuo a una velocidad de calentamiento de10 °C.min-1 en un entorno inerte. Los productos torrefactados obtenidos se analizaron utilizando diversas técnicas analíticas, como el análisis proximal y final, la medición del valor calorífico y el análisis FTIR. Los resultados revelaron que la torrefacción a una temperatura suave de 200 ° C y 30 minutos de tiempo de residencia dio como resultado un rendimiento máximo de masa del 87% y un rendimiento energético del 97%, que posteriormente disminuyó a temperaturas más altas. El poder calorífico aumentó con el aumento de la temperatura de torrefacción, con un valor máximo de 19.50 MJ.kg-1 que ocurre a 300 ° C y 60 minutos de tiempo de residencia. Dado que H2O, CO y CO2 se liberan tras la torrefacción, se observó una disminución significativa en el número de grupos hidroxilo en los espectros de FTIR. A pesar del alto valor calorífico a 300 ° C, 250 ° C y 30 minutos de tiempo de residencia son las condiciones óptimas de torrefacción para la paja de arroz debido al rendimiento significativo de masa y energía y la presencia significativa de carbono amorfo, según lo confirmado por espectroscopía Raman. Este estudio mejorará las propiedades fisicoquímicas de la paja de arroz para la producción de combustibles de alto valor, productos químicos y otros materiales de alta resistencia.

Files

latest.pdf.pdf

Files (3.0 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:393f1773dcbe3454c42d2185acaf44d1
3.0 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تثمين قش الأرز عن طريق التحلية وتأثيره على الخواص الفيزيائية الكيميائية
Translated title (French)
Valorisation de la paille de riz par torréfaction et son effet sur les propriétés physico-chimiques
Translated title (Spanish)
Valorización de la paja de arroz mediante torrefacción y su efecto sobre las propiedades fisicoquímicas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4396894976
DOI
10.21203/rs.3.rs-4407269/v1

Is supplement to
https://openalex.org/W4389728794 (Other)
https://openalex.org/W3113251717 (Other)
https://openalex.org/W3096137872 (Other)
https://openalex.org/W2998541475 (Other)
https://openalex.org/W2352048245 (Other)
https://openalex.org/W2349011698 (Other)
https://openalex.org/W2274368203 (Other)
https://openalex.org/W2262174987 (Other)
https://openalex.org/W2248925517 (Other)
https://openalex.org/W2046716485 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1992700640
  • https://openalex.org/W2010749803
  • https://openalex.org/W2040885940
  • https://openalex.org/W2054492352
  • https://openalex.org/W2065813274
  • https://openalex.org/W2087912542
  • https://openalex.org/W2121697832
  • https://openalex.org/W2165575725
  • https://openalex.org/W2165575804
  • https://openalex.org/W2237295250
  • https://openalex.org/W2295316300
  • https://openalex.org/W2395659887
  • https://openalex.org/W2488068376
  • https://openalex.org/W2506144901
  • https://openalex.org/W2508558813
  • https://openalex.org/W2564765694
  • https://openalex.org/W2573181069
  • https://openalex.org/W2578911984
  • https://openalex.org/W2620599862
  • https://openalex.org/W2652526121
  • https://openalex.org/W2763500832
  • https://openalex.org/W2772689316
  • https://openalex.org/W2796534987
  • https://openalex.org/W2801710294
  • https://openalex.org/W2893987412
  • https://openalex.org/W2909901308
  • https://openalex.org/W2931070161
  • https://openalex.org/W2940415482
  • https://openalex.org/W2964784496
  • https://openalex.org/W2973621049
  • https://openalex.org/W2996591804
  • https://openalex.org/W3012111053
  • https://openalex.org/W3096137872
  • https://openalex.org/W316898885
  • https://openalex.org/W4205738848
  • https://openalex.org/W4321105476
  • https://openalex.org/W4362678232