Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

Torrefied and carbonized wood, fuel properties and turn of exothermic reaction

Show full item record

Title: Torrefied and carbonized wood, fuel properties and turn of exothermic reaction
Author(s): Rautiainen, Mari
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences
Discipline: Forest Resource Science and Technology
Language: English
Acceptance year: 2014
Abstract:
Carbonization is thermochemical conversion, where biomass is thermally degraded in the absence of oxygen. Solid char, pyrolysis oil and non-condensable gases are produced from the biomass. Torrefaction is early phase of the carbonization in temperatures of 220–300 °C. Torrefied wood is promising as a renewable fuel for industrial use in coal co-combustion and gasification-combustion. Torrefaction and carbonization increase the higher heating value and fuel properties of wood compared to untreated wood. There’s a lack of knowledge in torrefaction and carbonization effects to higher heating value, carbon content and turn from endothermic to exothermic reaction of conifer zone wood species. Raw material was stemwood of birch (Betula pubescens) and pine (Pinus sylvestris) including bark. Trees were harvested from the Helsinki district and chipped, particle size 16 ? 8 mm. Samples were torrefied and carbonized at 250, 300, 350, 400 and 450 ?C without nitrogen flow. Carbon content (%), higher heating value (MJ/kg), mass yield (%) and turn of endothermic to exothermic reaction were inspected. Carbon content of untreated birch and pine increased from 47 % to 82 % (at 450 ?C). Higher heating value exceeded 26 MJ/kg at 300 ?C and 28 MJ/kg at 400 ?C, reaching bituminous coal’s values. Mass yield declined to 45–54 % of the initial mass at 300 °C. In low temperature, gradual exothermic peak was observable. In higher temperatures peak was evident. Carbonization and torrefaction improved the higher heating value and carbon content of wood but decreased the solid char yield.
Hiiltäminen on termokemiallinen ilmiö, missä biomassa hajotetaan lämmön avulla hapettomassa tilassa. Hiiltä, pyrolyysiöljyä ja kaasuja muodostuu tällöin biomassasta. Torrefiointi on hiiltämisen miedompi vaihe, jossa käsittelylämpötila on 220–300 °C. Torrefioitu puu on lupaava teollisuuden uusiutuvan energian raaka-aine kivihiilen yhteispolttoon tai kaasuttamiseen. Torrefiointi ja hiiltäminen lisäävät puun lämpöarvoa ja polttoaineominaisuuksia verrattaessa käsittelemättömään puuhun. Skandinaavisten puulajien torrefioinnin ja hiiltämisen vaikutuksia lämpöarvoihin ja hiilipitoisuuteen sekä eksotermisen reaktion hyödyntämistä lämmitysenergiassa ei ole tutkittu laajasti. Raaka-aineena on käytetty koivun (Betula pubescens) ja männyn (Pinus sylvestris) kuorellista runkopuuta. Puut kaadettiin Helsingin alueelta ja haketettiin. Tutkittavaksi otettiin siivilöidyt hakepalat 16 ? 8 mm. Näytteet torrefioitiin ja hiillettiin 250, 300, 350, 400 ja 450 ?C:ssa ilman typpivirtaa. Hiilipitoisuus (%), ylempi lämpöarvo (MJ/kg), massan saanto (%) ja eksotermisen reaktion ajoitus tutkittiin. Käsittelemättömän koivun ja männyn hiilipitoisuus nousi 47 %:sta 82 %:n käsittelylämpötilan ollessa 450 ?C. Ylempi lämpöarvo oli yli 28 MJ/kg 400 ?C:n käsittelyn jälkeen, mikä vastaa kivihiilen lämpöarvoa. Jo 300 ?C:n käsittely nosti lämpöarvon 26 MJ/kg. Massan saanto väheni 45-54 %:a alkuperäisestä massasta hiillettäessä 300 ?C. Alemmissa käsittelylämpötiloissa (250–300 ?C) eksoterminen reaktio oli havaittavissa. Korkeammissa lämpötiloissa lämpötilapiikki oli selvempi. Hiiltäminen ja torrefiointi paransivat puun lämpöarvoja ja hiilipitoisuutta, mutta laskivat kiinteän hiilen saantoa.
Keyword(s): birch carbon content carbonization exothermic reaction higher heating value mass yield pine pyrolysis torrefaction


Files in this item

Files Size Format View
RautiainenM_Thesis_17112014.pdf 2.621Mb PDF

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record