Publication: Energy and exergy analysis of biomass gasification in a downdraft gasifier
Abstract
Dünya nüfusundaki artış ve ekonomik gelişmelere bağlı olarak 2012’den 2040 yılınakadar enerji kullanımı hızla artacaktır. Yenilenebilir enerji kaynakları ekolojik tehlikeyiazaltırken temiz ve sürdürülebilir enerji sağlamaya yardımcı olur.Gazlaştırma, belirli kalorifik değeri olan karbonlu biyokütlenin veya kömürün, gaz ve sıvıyakıtlara veya kimyasal maddelere dönüştürüldüğü termokimyasal bir işlemdir. Enerjiüretim süreçlerinin verimliliğini artırmak için, optimum işletme koşulları, sistemparametreleri ve sistemin tasarımı dikkatle incelenmelidir.Bu çalışmada, odun peleti ve çam kozalağının gazlaştırılması laboratuvar ölçekli aşağıakışlı bir gazlaştırıcı ve Aspen Plus simulasyon kullanılarak yapılmıştır.Modelleme sonuçları deneysel sonuçlarla başarılı bir şekilde doğrulanmış aynı zamandaliteratürdeki diğer verilerle karşılaştırılmıştır. Ayrıca, aşağı akışlı gazlaştırıcıda biyokütlehava gazlaştırma performansını değerlendirmek için geliştirilen model kullanılarakgazlaştırma süreçleri üzerine parametrik çalışma yapılmıştır.Bir gazlaştırıcının ER'nin, sıcaklığının ve basıncının, ekserji, alt ısı değeri ve sentez gazıüretimi üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Genel olarak, parametrik analizde her ikibiyokütle için de aynı eğilimler gözlenmiştir.Gazlaşma sıcaklığının artması dolayısıyla CO ve H2 üretimini arttırırken CO2 üretiminiazaltmıştır. Gazlaştırıcıya beslenen aşırı miktarda hava eşdeğerlik oranını yükseltmişolup, bu durum H2, CO ve CH4 miktarının azalmasına, CO2 miktarının artmasına nedenolmaktadır. Sıcaklığın artmasıyla birlikte artan H2 ve CO üretimi sentez gazının ekserjideğerini arttırmıştır. Bununla birlikte eşdeğerlik oranının artması ham maddenin tamyanma gerçekleştirerek CO2 üretimini arttırmasıyla açıklanır. Basınç arttıkça CO ve H2miktarını arttırmak için daha yüksek gazlaştırıcı sıcaklıklarına ihtiyaç duyulmaktadır.
Energy usage of the world is anticipated to rise at remarkably rapid pace from 2012 to2040 because of the world population growth and economical increase. Renewableenergy sources help provide clean and sustainable energy while mitigating ecologicalhazard.Gasification is a thermochemical process in which carbonaceous solid biomass feedstocksor coal with specific calorific value are converted into gaseous and liquid fuels orchemical mediums and most efficient method compared to other methods, viz., pyrolysisand direct combustion. In order to increase efficiency of energy production processes,optimal operating conditions, parameters and design of the system should be studied withhigh concern.In this study, experimental and modeling analyses for gasification of wood pellets andpine cone have been conducted utilizing a lab-scale downdraft gasifier and Aspen Plussimulating program.Influence of ER, temperature and pressure of a gasifier on lower heating value, exergyand production of the syngas have been investigated. Results acquired with the simulationwere in fair agreement with actual data from experiment and values provided by theliterature.An increase in gasification temperature promoted CO and H2 production, while CO2production was decreased. Higher equivalence ratio reduced amount of H2, CO and CH4in the exit gas as CO2 content increases. Exergy of syngas rises in accordance withtemperature increase. On the other hand, it is adversely affected by an increase inequivalence ratio. As the pressure increased, higher temperature of the gasifier wasneeded for the higher amount of the CO and H2 productions.
Energy usage of the world is anticipated to rise at remarkably rapid pace from 2012 to2040 because of the world population growth and economical increase. Renewableenergy sources help provide clean and sustainable energy while mitigating ecologicalhazard.Gasification is a thermochemical process in which carbonaceous solid biomass feedstocksor coal with specific calorific value are converted into gaseous and liquid fuels orchemical mediums and most efficient method compared to other methods, viz., pyrolysisand direct combustion. In order to increase efficiency of energy production processes,optimal operating conditions, parameters and design of the system should be studied withhigh concern.In this study, experimental and modeling analyses for gasification of wood pellets andpine cone have been conducted utilizing a lab-scale downdraft gasifier and Aspen Plussimulating program.Influence of ER, temperature and pressure of a gasifier on lower heating value, exergyand production of the syngas have been investigated. Results acquired with the simulationwere in fair agreement with actual data from experiment and values provided by theliterature.An increase in gasification temperature promoted CO and H2 production, while CO2production was decreased. Higher equivalence ratio reduced amount of H2, CO and CH4in the exit gas as CO2 content increases. Exergy of syngas rises in accordance withtemperature increase. On the other hand, it is adversely affected by an increase inequivalence ratio. As the pressure increased, higher temperature of the gasifier wasneeded for the higher amount of the CO and H2 productions.