شبیه‌سازی فرایند گازی‌سازی پلاسمایی زیست‌توده با استفاده از نرم‌افزار اسپن‌پلاس

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکده لیزر و پلاسما، دانشگاه شهیدبهشتی، تهران، ایران

چکیده

فناوری پلاسما یکی از نوی‌نترین روش‌های استفاده شده برای تولید انرژی و امحاء پسماند است. اضافه شدن فناوری پلاسما به گازی‌سازی روش نوینی برای مدیریت پسماندها به‌وجود آورده است. اما فرایند گازی‌سازی پلاسمایی یکی از فرایندهای ترموشیمیایی پیچیده‌ای است که واکنش‌های زیادی به طور هم‌زمان در آن اتفاق می‌افتند به همین سبب مطالعه نظریه این فرایند بسیار دشوار است اما داشتن نتیجه‌های تقریبی و شبیه‌سازی شده پیش از راه‌اندازی و اجرای سامانه مناسب این فرایند برای پسماند زیست‌توده بسیار ضروری است؛ تا از هزینه‌های اجرا و زمان بکاهد. برای مطالعه ‌این فرایند پیچیده مدلی بر اساس کمینه سازی انرژی آزاد گیبس در محیط نرم‌افزار اسپن پلاس توسعه داده شده است. مدل ایجاد شده با نتیجه‌های گزارش شده در منابع علمی مورد ارزیابی قرار گرفت که اعتبار لازم را برای بررسی پارامترهای اجرایی مهم مانند دما، نسبت هم‌ارزی و نسبت بخار بر اجزای سین‌گاز کسب کرد. بیش‌ترین مقدار تولید هیدروژن برای بخار به عنوان عامل گازی‌ساز و در دمای 900 درجه سلسیوس به‌دست آمد و همچنین نسبت هم‌ارزی بیش‌ترین اثر را در مقدار ارزش گرمای گاز از خود نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Drożdż W., Bilan Y., Rabe M., Streimikiene D., Pilecki B., Optimizing Biomass Energy Production at the Municipal Level to Move to Low-Carbon Energy, Sustainable Cities and Society, 76: 103417 (2022).
[2] Poorhashemi S., Sobhaninia M., Hosseini Azad S., Analyzing the Nature of States Obligations in the Paris Agreement 2015 on Climate Change , Journal of Environmental Science and Technology, 23(11): 85-98 (2022).
[3] Ramos A., Rouboa A., Life Cycle Thinking of Plasma Gasification as a Waste-to-Energy Tool: Review on Environmental, Economic and Social Aspects, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 153: 111762 (2022).
[4] اوکاتی آ.، خانی م.ر.، شکری ب.، مدل‌سازی گرماپویایی فرایند گازی سازی پسماند شهری با پلاسمای گرمایی ، دوماهنامه مهندسی شیمی ایران، (107)18: 61 تا 74 (1398).
 [5] Achinas S., An Overview of the Technological Applicability of Plasma Gasification Process, Contemp Environ Issues Challenges Era Clim Chang, 1: 261-75 (2019).
[6] AlNouss A., Parthasarathy P., Shahbaz M., Al-Ansari T., Mackey H., McKay G., Techno-Economic and Sensitivity Analysis of Coconut Coir Pith-Biomass Gasification Using ASPEN PLUS, Appl Energy, 261: 114350 (2020).
[7] Shayan E., Zare V., Mirzaee I., Hydrogen Production from Biomass Gasification; a Theoretical Comparison of Using Different Gasification Agents, Energy Convers Manag, 159: 30–41 (2018).
[8] Maya D.M.Y., Lora E.S., Andrade R.V., Ratner A., Martínez J.D., Biomass Gasification using Mixtures of Air, Saturated Steam, and Oxygen in a Two-Stage Downdraft Gasifier. Assessment using a CFD Modeling Approach, Renewable Energy, 177: 1014-1030 (2021).
[9]   Tungalag A., Lee B.J., Yadav M., Akande O., Yield Prediction of MSW Gasification Including Minor Species Through ASPEN Plus Simulation, Energy, 198: 117296 (2020).
[10] Kaushal P., Tyagi R., Advanced Simulation of Biomass Gasification in a Fluidized Bed Reactor using ASPEN PLUS, Renew Energy, 101: 629–636 (2017).
[11] Mazzoni L., Janajreh I., Elagroudy S., Ghenai C., Modeling of Plasma and Entrained Flow Co-Gasification of MSW and Petroleum Sludge, Energy, 196: 1–14 (2020).
[12] Favas J., Monteiro E., Rouboa A., Hydrogen Production using Plasma Gasification with Steam Injection, Int J Hydrogen Energy, 42: 10997–11005 (2017).
[13] Messerle V.E., Mosse A.L., Ustimenko A.B., Plasma Gasification of Carbonaceous Wastes: Thermodynamic Analysis and Experiment, Thermophys Aeromechanics, 23: 613–620 (2016).
[14]  Okati A., Khani M., Shokri B., Monteiro E., Rouboa A., Numerical Modeling of Plasma Gasification Process of Polychlorinated Biphenyl Wastes, Energy Reports, 7: 270-285 (2021).
[15] Fabry F., Rehmet C., Rohani V., Fulcheri L., Waste Gasification by Thermal Plasma: A Review, Waste and Biomass Valorization, 4: 421–439 (2013).
[16] Sharma V., Agarwal V.K., Equilibrium Modeling and Optimization for Gasification of High-Ash Indian Coals by the Gibbs Free Energy Minimization Method, Process Integr Optim Sustain, 3: 487–504 (2019).
[17] Mojaver P., Jafarmadar S., Khalilarya S., Chitsaz A., Investigation and Optimization of a Co-Generation Plant Integrated of Gasifier, Gas Turbine and Heat Pipes Using Minimization of Gibbs Free Energy, Lagrange Method and Response Surface Methodology, Int J Hydrogen Energy, 45: 19027–19044 (2020).
[18] Wang L.Q., Dun Y.H., Xiang X.N., Jiao Z.J., Zhang T.Q., Thermodynamics Research on Hydrogen Production from Biomass and Coal Co-Gasification with Catalyst, Int J Hydrogen Energy, 36: 11676–11683 (2011).
[19] Son Y.I, Yoon S.J., Kim Y.K., Lee J.G., Gasification and Power Generation Characteristics of Woody Biomass Utilizing a Downdraft Gasifier, Biomass and Bioenergy, 35: 4215–4220 (2011).
[20] Tavares R., Ramos A., Rouboa A., A Theoretical Study on Municipal Solid Waste Plasma Gasification, Waste Manag, 90: 37–45 (2019).
[21] Tavares R., Monteiro E., Tabet F., Rouboa A., Numerical Investigation of Optimum Operating Conditions for Syngas and Hydrogen Production from Biomass Gasification using Aspen Plus, Renew Energy, 146: 1309–1314 (2020).
[22] Deng N., Li D., Zhang Q., Zhang A., Cai R., Zhang B., Simulation Analysis of Municipal Solid Waste Pyrolysis and Gasification Based on Aspen Plus, Front Energy, 13: 64–70 (2019).
[23] Mallick D., Mahanta P., Moholkar V.S., Co–Gasification of Coal/Biomass Blends in 50 kWe Circulating Fluidized Bed Gasifier, J Energy Inst, 93: 99–111 (2020).
[24] Kuo P.C., Illathukandy B., Wu W., Chang J.S., Plasma Gasification Performances of Various Raw and Torrefied Biomass Materials using Different Gasifying Agents, Bioresour Technol, 314: 123740 (2020).
[25] Liu L., Huang Y., Cao J., Liu C., Dong L., Xu L., Zha J., Experimental Study of Biomass Gasification with Oxygen-Enriched Air in Fluidized Bed Gasifier, Sci Total Environ, 626: 423–433 (2018).
[26] Tavares R., Ramos A., Rouboa A., Microplastics Thermal Treatment by Polyethylene Terephthalate-Biomass G asification, Energy Convers Manag, 162: 118–131 (2018).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار