بخشی از مقاله
چکیده
انرژی زیستتوده دارای پتانسیل بسیار خوبی برای ایجاد تاثیرات قابل توجهی در مبرمترین چالشهای توسعه فقر روستایی و آسیب های زیست محیطی است. منابع کشاورزی ایران دارایتوان بالقوه برای تولید یک منبع پایدار از زیست توده میباشد. یکی از روشهای تولید انرژی پایدار زیست توده، گازیسازی میباشد. گازیسازی یکی از روشهای امیدوار کننده میباشد، که در آن ضایعات مواد اولیه و زیست توده به گاز سنتز تبدیل میشود.
باگاس نیشکر یکی از زائدات حاصل از برداشت نیشکر و پسماندهای تولید تصفیه نیشکر است که در مناطق کشت نیشکر در استان خوزستان در ایران بهوفور یافت میشود. لذا در این تحقیق به توسعه یک مدل تعادلی برای گازیساز فروکشند با خوراک اولیه باگاس نیشکر به منظور شبیه سازی فرایند تولید گاز سنتز پرداخته می- شود. تعادل جرم و انرژی از گازیساز محاسبه شد و ترکیب گاز سنتز، ارزش حرارتی پایینی و بازده گاز سرد پیش بینی شده بود.
نتایج مدل نشان داد که ارزش حرارتی پایینی گاز تولید شده با افزایش رطوبت در باگاس نیشکر کاهش می یابد. بازده گاز سرد در رطوبت %10 دارای بیشینه مقدار 30/35% بوده است. همچنین ارزش حرارتی و بازده گاز سرد با افزایش دمای گازیساز کاهش مییابد. در محدوده دمای مورد مطالعه و رطوبت %10 ارزش حرارتی گاز تولیدی و بازده گاز سرد به ترتیب 8-4/6 MJ/Nm3 و 40/1-24/68% بدست آمد.
مقدمه
زیست توده1، یکی از مهمترین منابع انرژی پس از ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی در سراسر جهان میباشد. بیوانرژی یا انرژی حاصل از زیستتوده به طور گسترده میتواند به عنوان یک گزینه قابل دوام برای جایگزینی سوختهای فسیلی استفاده شود . - Gohil et al., 2015 - کاهش سوختهای فسیلی و تلاش دولتمردان برای کاهش تولید گاز گلخانهای CO2، انگیزه محققان را برای یافتن سوختهای جایگزین به نسبت پاک، فراوان و کربن خنثی افزایش دادهاست. اعتقاد بر این است که 60% از اثر گازهای گلخانهای از انتشار CO2 و از طریق احتراق سوختهای فسیلی حاصل میشود . - IEA, 2015 -
گازیسازی2 زیستتوده در سالهای اخیر با انواع مختلف زیستتوده از قبیل بقایای نیشکر، کاه گندم، زائدات چوبی و ... انجام شده است . - Luque and Speight, 2014 - گازیسازی میتواند به طور بالقوه کارآمدتر از احتراق مستقیم سوخت به دلیل - 1 سوختن در دمای بالاتر - 2 استفاده از گازهای سنتز در سلولهای سوختی - 3 تولید هیدروژن و اتانول از گاز سنتز - 4 تولید محدوده وسیعی از سوختها توسط فرآیند فیشر-تروپش3 باشد . - NNFCC, 2009 - مراحل اصلی فرایند گازیسازی در شکل - 1 - نشان دادهشده است . - Molino et al., 2015 -
اکسیداسیون بخشی از زیست توده برای به دست آوردن انرژی حرارتی مورد نیاز در راستای فرآیندهای گرماده، برای حفظ درجه حرارت عملیاتی به مقدار مورد نیاز، ضروری میباشد. اکسیداسیون در شرایط کمبود اکسیژن نسبت به حالت استوکیومتری به منظور اکسید تنها بخشی از سوخت انجام میشود. محصول اصلی این مرحله، انرژی حرارتی لازم برای کل فرایند میباشد، در حالی که محصول احتراق آن مخلوطی از گازهای CO، CO2 و آب است.
در این مخلوط اگر اکسیداسیون زیست توده با هوا انجام شود، گاز نیتروژن نیز میتواند وجود داشته باشد. خشک شدن عبارت است از تبخیر رطوبت موجود در مواد اولیه. مقدار گرمای مورد نیاز در این مرحله متناسب با رطوبت مواد خام میباشد. به طور کلی گرمای مورد نیاز، از مراحل دیگر فرایند گرفته میشود. خشک شدن میتواند به طور کامل در درجه حرارت150 سلسیوس انجام شود . - Hamelinck et al., 2004 - مرحله بعدی پرولیز میباشد. این مرحله شامل تجزیه ترموشیمیایی مواد کربندار، به طور خاص شکستن پیوندهای شیمیایی و تشکیل مولکولهایی با وزن مولکولی پایینتر میباشد.
در اثر پرولیز بخشهای مختلفی از مواد جامد، مایع و گاز تشکیل میشود. این بخش شامل مواد بی اثر موجود در زیست توده در قالب خاکستر و محتوای کربن بالا، به نام زغال1 میباشد. بخش مایع، به طور معمول قطران نامیده میشود که از مواد آلی پیچیده که در دمای پایین قابل تراکم است، تشکیل یافته است. بخش گازی به طور معمول 70-90wt از مواد تغذیه شده را تشکیل میدهد که مخلوطی از گازهای غیر قابل تراکم در دمای محیط میباشند.
بخش گازی"گاز پیرولیز" نامیده میشود و به طور عمده از هیدروژن، مونوکسید کربن، دی اکسید کربن و هیدروکربنهای سبک مانند متان و دیگر هیدروکربن شامل C2 و C3، ترکیبات جزئی گازهای اسیدی و یا بیاثر تشکیل یافته است. واکنش پرولیز در محدوده درجه حرارت250-700 درجه سلسیوس اتفاق میافتد و واکنش گرماگیر میباشد و همانند مرحله خشک شدن، گرمای مورد نیاز خود را از مرحله اکسیداسیون میگیرد. مرحله احیاء تمامی محصولات پیرولیز و اکسیداسیون را درگیر واکنش میکند. واکنش مخلوط گاز و زغال منجر به تشکیل گاز سنتز نهایی میشود.
