Variations of physical and chemical characteristics of biomass lead to an uneven flow of biomass in a biorefinery, which reduces equipment utilization and increases operational costs. Uncertainty of biomass supply and high processing costs increase the risk of investing in the US's cellulosic biofuel industry. We propose a stochastic programming model to streamline processes within a biorefinery. A chance constraint models system's reliability requirement that the reactor is operating at a high utilization rate given uncertain biomass moisture content, particle size distribution, and equipment failure. The model identifies operating conditions of equipment and inventory level to maintain a continuous flow of biomass to the reactor. The Sample Average Approximation method approximates the chance constraint and a bisection search-based heuristic solves this approximation. A case study is developed using real-life data collected at Idaho National Laboratory's pilot biomass processing facility. An extensive computational analysis indicates that sequencing of biomass bales based on moisture level, increasing storage capacity, and managing particle size distribution increase utilization of the reactor and reduce operational costs.


翻译:生物量的物理和化学特性的变化导致生物精炼中生物量的不均匀流动,这降低了设备利用率,增加了操作成本。生物量供应的不确定性和高加工成本增加了在美国细胞生物燃料工业投资的风险。我们提议了一个随机编程模型,以精简生物精炼中的工艺。一个机会限制模型系统的可靠性要求,由于生物量湿度含量不确定、粒子大小分布和设备故障,反应堆的运行使用率很高。该模型确定了维持生物量持续流向反应堆的设备和库存水平的运行条件。样本平均合用法近似了机会限制,并用两部分搜索法解决了这一近似值。正在利用Idaho国家实验室生物量加工试验设施收集的实际寿命数据开展一项案例研究。一项广泛的计算分析分析表明,生物量粒子的顺序以水分水平为基础,储存能力不断提高,并管理粒子尺寸分配,从而增加了反应堆的利用率,并降低了操作成本。

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