Energy and exergy analysis of biomass gasification in adowndraft gasifier


Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2019

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: TULGA OCHIR TUMURBAT

Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Fatma Karaca Albayrak

Özet:

Dünya nüfusundaki artış ve ekonomik gelişmelere bağlı olarak 2012’den 2040 yılına kadar enerji kullanımı hızla artacaktır. Yenilenebilir enerji kaynakları ekolojik tehlikeyi azaltırken temiz ve sürdürülebilir enerji sağlamaya yardımcı olur. Gazlaştırma, belirli kalorifik değeri olan karbonlu biyokütlenin veya kömürün, gaz ve sıvı yakıtlara veya kimyasal maddelere dönüştürüldüğü termokimyasal bir işlemdir. Enerji üretim süreçlerinin verimliliğini artırmak için, optimum işletme koşulları, sistem parametreleri ve sistemin tasarımı dikkatle incelenmelidir. Bu çalışmada, odun peleti ve çam kozalağının gazlaştırılması laboratuvar ölçekli aşağı akışlı bir gazlaştırıcı ve Aspen Plus simulasyon programı kullanılarak yapılmıştır. Modelleme sonuçları deneysel sonuçlarla başarılı bir şekilde doğrulanmış aynı zamanda literatürdeki diğer verilerle karşılaştırılmıştır. Ayrıca, aşağı akışlı gazlaştırıcıda biyokütle hava gazlaştırma performansını değerlendirmek için geliştirilen model kullanılarak gazlaştırma süreçleri üzerine parametrik çalışma yapılmıştır. Bir gazlaştırıcının ER'nin, sıcaklığının ve basıncının, ekserji, alt ısı değeri ve sentez gazı üretimi üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Genel olarak, parametrik analizde her iki biyokütle için de aynı eğilimler gözlenmiştir. Gazlaşma sıcaklığının artması dolayısıyla CO ve H2 üretimini arttırırken CO2 üretimini azaltmıştır. Gazlaştırıcıya beslenen aşırı miktarda hava eşdeğerlik oranını yükseltmiş olup, bu durum H2, CO ve CH4 miktarının azalmasına, CO2 miktarının artmasına neden olmaktadır. Sıcaklığın artmasıyla birlikte artan H2 ve CO üretimi sentez gazının ekserji değerini arttırmıştır. Bununla birlikte eşdeğerlik oranının artması ham maddenin tam yanma gerçekleştirerek CO2 üretimini arttırmasıyla açıklanır. Basınç arttıkça CO ve H2 miktarını arttırmak için daha yüksek gazlaştırıcı sıcaklıklarına ihtiyaç duyulmaktadır. -------------------- Energy usage of the world is anticipated to rise at remarkably rapid pace from 2012 to 2040 because of the world population growth and economical increase. Renewable energy sources help provide clean and sustainable energy while mitigating ecological hazard. Gasification is a thermochemical process in which carbonaceous solid biomass feedstocks or coal with specific calorific value are converted into gaseous and liquid fuels or chemical mediums and most efficient method compared to other methods, viz., pyrolysis and direct combustion. In order to increase efficiency of energy production processes, optimal operating conditions, parameters and design of the system should be studied with high concern. In this study, experimental and modeling analyses for gasification of wood pellets and pine cone have been conducted utilizing a lab-scale downdraft gasifier and Aspen Plus simulating program. Influence of ER, temperature and pressure of a gasifier on lower heating value, exergy and production of the syngas have been investigated. Results acquired with the simulation were in fair agreement with actual data from experiment and values provided by the literature. An increase in gasification temperature promoted CO and H2 production, while CO2 production was decreased. Higher equivalence ratio reduced amount of H2, CO and CH4 in the exit gas as CO2 content increases. Exergy of syngas rises in accordance with temperature increase. On the other hand, it is adversely affected by an increase in equivalence ratio. As the pressure increased, higher temperature of the gasifier was needed for the higher amount of the CO and H2 productions.