• Autor: Adam Klimanek
  • Tytuł pracy: High Temperature Air/Steam Gasification - Experimental Facility Construction, and Numerical Modeling of Cellulose Gasification
  • Opiekunowie: Prof. dr hab. inż. Andrzej J. Nowak, Prof. Ashwani Gupta (University of Maryland, College Park, U.S.A.)

Rozwój i sukcesy technologii spalania HiTAC doprowadziły do zastosowania podgrzanego czynnika konwertującego w zgazowaniu paliw i powstania technologii High Temperature Air/Steam Gasification (HiTAG). Badania pokazały, że zastosowanie tej technologii umożliwia zwiększenie udziału palnych produktów w syngazie, a co za tym idzie jego wartości opałowej. Dzieje się tak, dlatego że energia pochodząca ze spalania części zgazowywanego paliwa zostaje zastąpiona entalpią czynnika zgazowującego. Celem pracy dyplomowej realizowanej na Uniwersytecie w Maryland (USA) pod kierunkiem prof. A. K. Gupta oraz prof. A. J. Nowaka była budowa stanowiska pomiarowego do zgazowania paliw stałych zgodnie z technologią HiTAG, a także numeryczna symulacja procesu zgazowania celulozy.

Stanowisko pomiarowe przedstawione na Rys. 1 służy do wyznaczania przepływów energii w trakcie trwania procesu zgazowania oraz określania składu produkowanego gazu.
 

Image
Rys. 1. Stanowisko pomiarowe


Czynnikiem konwertującym jest mieszanina pary i spalin powstałych podczas spalania propanu. Zastosowanie spalin umożliwiło uzyskanie temperatur czynnika rzędu 550ºC. Proces zgazowania realizowany był w stałej temperaturze (do 1200ºC) w elektrycznie podgrzewanym reaktorze. Skład wyprodukowanego gazu mierzony był za pomocą chromatografu gazowego Micro GC.

Obliczenia modelowe procesu zgazowania, prowadzone przy założeniu stanu równowagi produktów zgazowania, zostały wykonane za pomocą programu EQUIL (Chemkin Inc.). Do obliczeń przyjęto izobaryczno-izotermiczne warunki procesu. Wynikiem obliczeń są charakterystyki obrazujące skład produkowanego gazu w funkcji ilości pary bądź mieszaniny parowo-powietrznej doprowadzanej do reaktora. Otrzymane wyniki potwierdziły, że największa ilość palnych składników w produkowanym gazie powstaje podczas zgazowania wyłącznie parą wodną jak na Rys. 2.

Image
Rys. 2. Udział molowy H2 w produkowanym gazie dla T = 1200K


Jest to wynikiem ograniczenia reakcji spalania i półspalania odgrywających ważną rolę podczas zgazowania mieszaniną parowo-powietrzną. Wykonane obliczenia pokazały także znaczny wpływ temperatury na udział palnych składników w produkowanym gazie. Udział ten rośnie tylko do pewnej temperatury granicznej, powyżej której ilość energii reagującej mieszaniny jest większa od zapotrzebowania endotermicznych reakcji gazu wodnego i Boudouard’a, będących głównym źródłem CO i H2 (Rys. 3).

Image
Rys. 3. Wpływ temperatury na udział CO i H2 w produkowanym gazie