Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Αεριοποίησης Βιομάζας σε Αντιδραστήρα Ρευστοστέρεας Κλίνης Ανακυκλοφορίας Χρησιμοποιώντας το Λογισμικό Aspen Plus

bundlebudgieSoftware and s/w Development

Jul 4, 2012 (5 years and 20 days ago)

457 views

Επιμέλεια: Νικόλαος Σ. Νικολαΐδης
Αναστασία Ζαμπανιώτου (Αναπληρώτρια Καθηγήτρια)
Ars
ène Isambert (Καθηγητής)
Συν-επιβλέποντες:
Βιομάζα ονομάζεται οποιοδήποτε υλικό
παράγεται από ζωντανούς οργανισμούς και
μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για
παραγωγή ενέργειας
Σημαντική ανανεώσιμη πηγή ενέργειας
Η θερμική μετατροπή βιομάζας έχει μηδενικό
ισοζύγιο διοξειδίου του άνθρακα (CO
2
)
Θερμοχημική διεργασία
Μετατροπή στερεού καυσίμου σε αέρια
προϊόντα
Ατελής καύση (λόγος αέρα λ)
Βιομάζα + Αέρας → H
2
+ CO+ CO
2
+ CH
4
+
C
n
H
m
+ N
2
+ Πίσσα + Τέφρα
4 τύποι αεριοποιητών:
Ανοδικού ρεύματος στερεάς κλίνης
Καθοδικού ρεύματος στερεάς κλίνης
Ρευστοστερεάς κλίνης
Συμπαρασυρμού
Πλεονεκτήματα ρευστοστερεάς κλίνης
ανακυκλοφορίας έναντι των υπολοίπων
αντιδραστήρων:
• Μεγαλύτερη απόδοση
• Κοντά σε εφαρμογή σε μεγαλύτερης κλίμακας
μονάδες
• Καλύτερες δυνατότητες προσομοίωσης
Αδιάστατο μοντέλο
Συνθήκες μόνιμης κατάστασης
Ισόθερμη λειτουργία
Στιγμιαία πυρόλυση
Ξηρή βιομάζα
Μη παραγωγή πίσσας
Βαθμός μετατροπής άνθρακα (C) = 92%
Απόδοση διαχωρισμού κυκλώνα = 85%
Το αζωτό (Ν
2
) αντιδρά μόνο προς αμμωνία
(ΝΗ
3
)
Το θείο (S) αντιδρά μόνο προς υδρόθειο (H
2
S)
Βιβλιογραφικά δεδομένα
Βιομάζα της περιοχής στην οποία
πραγματοποιήθηκε η διπλωματική εργασία
Διαφορετική σύσταση
Άνθρακας C 47,6 51,8
Υδρογόνο H
2
5,5 6,2
Οξυγόνο O
2
43,7 40,6
Άζωτο
N
2
1,5 0,6
Θείο S 0 0,4
Τέφρα 1,7 0,4
Σύσταση της βιομάζας που χρησιμοποιήθηκε ως καύσιμο
Αρχικό μοντέλο ASPEN Plus
Υδρογόνο
H
2
5,4 10,9 +101%
Άζωτο N
2
61,3 58,2 -5%
Μονοξείδιο
του Άνθρακα
CO 8,6 13,5 +57%
Διοξείδιο
του Άνθρακα
CO
2
21,7 14,1 -35%
Μεθάνιο CH
4
3,0 17 PPM -∞
Υδρογόνο
H
2
3,0 7,0 +133%
Άζωτο N
2
68,4 62,5 -8,6%
Μονοξείδιο
του Άνθρακα
CO 9,6 15,4 +60,4%
Διοξείδιο
του Άνθρακα
CO
2
17,1 10,6 -38,0%
Μεθάνιο CH
4
1,9 1 PPB -∞
Συγκρισή πειραματικών και υπολογισμένων από
το μοντέλο τιμών για το ελαιοπυρηνόξυλο
Συγκρισή πειραματικών και υπολογισμένων από
το μοντέλο τιμών για το κώνειο
Βελτιστοποιημένο μοντέλο ASPEN Plus
Υδρογόνο H
2
5,4 5,7 +5,5%
Άζωτο N
2
61,3 61,6 +0,5%
Μονοξείδιο
του Άνθρακα
CO 8,6 8,5 -1,1%
Διοξείδιο
του Άνθρακα
CO
2
21,7 17,8 -18,0%
Μεθάνιο CH
4
3,0 2,9 -3,3%
Υδρογόνο H
2
3,0 3,0 0%
Άζωτο N
2
68,4 65,4 -4,3%
Μονοξείδιο
του Άνθρακα
CO 9,6 9,6 0%
Διοξείδιο
του Άνθρακα
CO
2
17,1 15,0 -12,3%
Μεθάνιο CH
4
1,9 2,7 +42,1%
Σύγκριση πειραματικών και υπολογισμένων από το
βελτιστοποιημένο μοντέλο τιμών για το ελαιοπυρηνόξυλο
Σύγκριση πειραματικών και υπολογισμένων από το
βελτιστοποιημένο μοντέλο τιμών για το κώνειο
Μεταβολή της σύστασης του παραγόμενου αερίου με
αύξηση του λόγου αέρα (λ) για δεδομένη θερμοκρασία
αεριοποίησης Τ=750 °C.
Μεταβολή της σύστασης του παραγόμενου αερίου με
αύξηση της θερμοκρασίας αεριοποίησης για λόγο αέρα
λ=0,2.
Μεταβολή της κατώτερης θερμογόνου δύναμης του
παραγόμενου αερίου με αύξηση του λόγου άερα (λ) για
δεδομένη θερμοκρασία αεριοποίησης Τ=780 °C.
Μεταβολή της κατώτερης θερμογόνου δύναμης του
παραγόμενου αερίου με αύξηση της θερμοκρασίας
αεριοποίησης για δεδομένο λόγο αέρα λ=0,2.
Ικανοποιητική πρόβλεψη των πειραματικών
τιμών για διαφορετικά καύσιμα και υπό
διαφορετικές συνθήκες αεριοποίησης.
Αύξηση του λόγου αέρα (λ) οδηγεί σε αύξηση
της παραγόμενης ποσότητας του CO
2
και
μείωση της ποσότητας του CO και H
2
.
Αύξηση της θερμοκρασίας αεριοποίησης
οδηγεί σε αύξηση της παραγόμενης ποσότητας
CO και μείωση της ποσότητας του CO
2
και Η
2
.

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, το σημείο
όπου η παραγωγή CO είναι ίση με αυτή του
CO
2
επιτυγχάνεται σε μεγαλύτερο λόγο άερα.
Η περιεκτικότητα του παραγόμενου αερίου σε
διοξείδιο του άνθρακα (CO
2
) υπολογίζεται
μικρότερη από την πειραματική.
Η κατώτερη θερμογόνος δύναμη του
παραγόμενου αερίου παραμένει σταθερή με
την μεταβολή της θερμοκρασίας αεριοποίησης.
Η παραγόμενη ποσότητα μεθανίου (CH
4
) δεν
μεταβάλλεται σημαντικά με την μεταβολή της
θερμοκρασίας αεριοποίησης.
Μη παραγωγή πίσσας.
Πίσσα →H
2
+ CO+ CO
2
+ CH
4
+ C
n
H
m
Βαθμός μετατροπής μεθανίου σταθερός.
Απόδοση διαχωρισμού κυκλώνα σταθερή.
Μη παραγωγή βαρύτερων υδρογονανθράκων.
Αντιδράσεις αζώτου και θείου.
Απουσία ρεύματος ανακύκλωσης.
Πειραματική ανάλυση ευαισθησίας.
Εισαγωγή κώδικα Fortran βάσει των
πειραματικών δεδομένων.
Εισαγωγή των αντιδράσεων της πίσσας.

Εισαγωγή των αντιδράσεων βαρύτερων
υδρογονανθράκων.
Σας ευχαριστώ