Akışkan yataklı bir gazlaştırıcının hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ve termodinamik denge yaklaşımı ile modellenmesi ve deneysel verilerle karşılaştırmalı olarak incelenmesi

Yıl 2024, Cilt: 39 Sayı: 1, 125 - 138, 21.08.2023

Musa Yazgı Hüseyin Topal

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.722335

Öz

Bu çalışmada daha önceden deneysel olarak gerçekleştirilmiş olan biyokütle gazlaştırma süreci, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ve Termodinamik Denge Yaklaşımı ile modellenmiş ve gaz ürün bileşimleri belirlenmiştir. Biyokütle olarak çalışmada pirinç kabuğu alınmıştır. Sıcaklık 750 – 900 C aralığında, ER değeri 0,3-0,45 aralığında ve S/B oranı 0,2-1,0 aralığında tutulmuştur. Sıcaklıktaki artış genel olarak H2 ve CO bileşimini artırırken CO2 bileşimini azaltmıştır. LHV değeri ise genel olarak sıcaklıkla artan bir davranış göstermiştir. ER değerindeki artış ise H2 ve CO ve CH4 bileşimi ile LHV değerini azaltmıştır. S/B oranındaki artış ise H2 , CO2 ve CH4 bileşimini artırırken CO bileşimi ve LHV değerini azaltmıştır. Tüm ürün bileşimi dikkate alındığında HAD yaklaşımının Termodinamik Denge Yaklaşımına kıyasla deneysel verilere daha yakın sonuç verdiği, Termodinamik Denge Yaklaşımının ise H2 ve CH4 bileşimi açısından iyi sonuç vermediği belirlenmiştir. Bu sonuçlar sonucunda HAD yaklaşımının tasarım, ölçek büyütme ve optimizasyon çalışmalarında daha iyi bir yaklaşım ile kullanılabileceği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Biyokütle, gazlaştırma, HAD, Akışkan yatak, Termodinamik denge

Kaynakça

• 1. Kumar U., Paul M., CFD modelling of biomass gasification with a volatile break-up approach, Chemical Engineering Science, 195, 413-422, 2019.
• 2. Basu P., Biomass Gasification and Pyrolysis Practical Design and Theory, Elsevier, Burlington, MA 01803, USA, 2010.
• 3. Gerber S., Behrendt F., Oevermann M., An Eulerian modeling approach of wood gasification in a bubbling fluidized bed reactor using char as bed material, Fuel, 89, 2903-2917, 2010
• 4. Yin W., Wang S., Zhang K., He Y., Investigation of oxygen-enriched biomass gasification with TFM-DEM hybrid model, Chemical Engineering Science, 211, 1-8, 2020.
• 5. Basu P., Combustion and Gasification in Fluidized Bed, Taylor and Francis Group, London, 2006.
• 6. Askarishahi M., Salehi M., Godini H.,R., Wozny G., CFD study on solids flow pattern and solids mixing characteristics in bubbling fluidized bed: Effect of fluidization velocity and bed aspect ratio, Powder Technology. 274, 379-392, 2015.
• 7. Ismail T., Ramos A., Monteiro E., Abd El-Salam M., Rouboa A., Parametric studies in the gasification agent and fluidization velocity during oxygen-enriched gasification of biomass in a pilot-scale fluidized bed: Experimental and Numerical Assessment, Renewable Energy, 147.22429-2439, 2020.
• 8. Yang S., Wang H., Wei Y., Hu J., Chew J.,W., Eulerian-Lagrangian simulation of air-steam biomass gasification in a three-dimensional bubbling fluidized gasifier, Energy, 181, 1075-1093, 2019.
• 9. Loha C., Chattopadhyay H., Chatterjee P., K., Three dimensional kinetic modeling of fluidized bed biomass gasification, Chemical Engineering Science, 109, 53–64, 2014.
• 10. Cheng Y., Thow Z., Wang C., Biomass gasification with CO2 in a fluidized bed, Powder Technology. 296, 87-101, 2016.
• 11. Xue O., Fox R., Multi-fluid CFD modelin of biomass gasification in polydisperse fluidized-bed gasifiers, Powder Technology, 254, 187-198, 2014.
• 12. Shirke V., Ranade S., V., Bansal R., Equilibrium Model for Biomass Gasification: Study of effect of Biomass properties and Operating parameters, materialstoday:PROCEEDINGS, 5., 22983-22992, 2018.
• 13. George J., Arun P., Chandrasekharan M., ScienceDirect Stoichiometric Equilibrium Model based Assessment of Hydrogen Generation through Biomass Gasification, Procedia Technology. 25, 982-989, 2016.
• 14. Sharma S.,Sheth P., Air–steam biomass gasification: Experiments, modeling and simulation, Energy Conversion and Management. 110, 307-318, 2016.
• 15. Loha C., Chattopadhyay H., Chatterjee P., K., Energy generation from fluidized bed gasification of rice husk. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 5, 043111-1-10, 2013.
• 16. Michigan Technological University, CACHE Modules on Energy in the Curriculum Fuel Cells, Equilibrium Simulation of a Methane Steam Reformer,http://pages.mtu.edu/~jmkeith/fuel_cell_curriculum/kinetics/module7/ALL.doc, Yayın tarihi Ekim,14, 2008. Erişim tarihi Kasım 20, 2019.
• 17. Xu, Y., Shahnam M., Fullmer W., D., Rogers W., A., CFD-Driven Optimization of a Bench-Scale Fluidized Bed Biomass Gasifier using MFiX-TFM and Nodeworks-OT, NETL Technical Report Series, U.S. Department of Energy, National Energy Technology Laboratory: Morgantown, WV, 2019.
• 18. Benyahia S., Syamlal M., O’Brien T., J., Summary of MFIX Equations 2012-1, From URL https://mfix.netl.doe.gov/documentation/MFIXEquations2012-1.pdf , January 2012.
• 19. Liu H., Cattolica R., Seiser R., Liao C., Three-dimensional full-loop simulation of a dual fluidized-bed biomass gasifier. Applied Energy. 160, 489-501, 2015.
• 20. Xie J., Zhong W., Jin B., Shao Y., Huang Y., Eulerian–Lagrangian method for three-dimensional simulation of fluidized bed coal gasification, Advanced Powder Technology. 24, 382–392, 2013.
• 21. Boujjast H., Rodat S., Chuayboon S., Abanades S., Numerical simulation of reactive gas-particle flow in a solar jet spouted bed reactor for continuous biomass gasification, International Journal of Heat and Mass Transfer,144,1-15,2019.
• 22. Dupont C., Commandré J., M., Gauthier-Maradei P., Boissonnet G., Sylvain S.,Schweich D., Biomass pyrolysis experiments in an analytical entrained flow reactor between 1073 K and 1273 K, Fuel, 87, 1155-1167, 2008.
• 23. Waheed Q.,M.,K., Nahil M.,A., Williams P.,T., Pyrolysis of waste biomass: investigation of fast pyrolysis and slow pyrolysis process conditions on product yield and gas composition, Journal of the Energy Institute, 86:4, 233-241, 2013.