Simulation of Cotton Stalks for Syngas Generation Using CO2 and Air as Gasifying Agents
- 1. Dawood University of Engineering and Technology
- 2. Mehran University of Engineering and Technology
Description
Gasification of coal and biomass using CO2 and air mixture as a carrier gas offers an encouraging way to eliminate the shortage of energy and reduce carbon dioxide emissions. In the present study, the EulerianLagrangian approach was applied to understand the thermochemical conversion behavior of feedstock in entrained flow gasifier. Commercial CFD (Computational Fluid Dynamics) code ANSYS FLUENT®14 was used for the simulation purpose. It was observed that with variation in the CO2 in the air and the CO2 to cotton stalk ratio had a meaningful effect on gasification performance. The different ratios of air and CO2 in varying percentages such as 20% CO2, 30% CO2, 40% CO2, 50% CO2, 60% CO2, 70% CO2 and remaining percentages of air were introduced in entrained flow gasifier. With the increase in CO2 to cotton stalk ratio, the concentration of H2 and CO2 decreased whereas as the concentration of CO improved. It is revealed that mole fraction of CO and CH4 attained maximum when CO2% in the air was 50% and H2 mole fraction was observed maximum at a CO2% in the air was 30%. At 50% CO2 mixture in air, the maximum lower heating value and cold gas efficiency were observed. Therefore, the optimum situation might be 50% percentage CO2 in the gasifying agent for this entrained flow gasifier. Hence an increase in CO and H2, the cold gas efficiency and lower heating value reached the maximum. However, this study provides an appropriate route for energy production using cotton stalks as raw material and will help in designing and operation of the entrained flow reactor. The simulations indicate the thermodynamic limits of gasification and allow for the formulation of the general principles ruling this process. Moreover, no literature is available for the parametric investigations of Pakistani biomass gasification using entrained-flow gasifier. So this is a novel work for Pakistan and will be treated as foundation work for biomass gasification in the country.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يوفر تغويز الفحم والكتلة الحيوية باستخدام ثاني أكسيد الكربون وخليط الهواء كغاز حامل طريقة مشجعة للقضاء على نقص الطاقة وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. في هذه الدراسة، تم تطبيق نهج EulerianLagrangian لفهم سلوك التحويل الكيميائي الحراري للمواد الوسيطة في جهاز تحويل التدفق المحبوس. تم استخدام رمز CFD التجاري (ديناميكيات الموائع الحسابية) ANSYS FLENT ®14 لغرض المحاكاة. ولوحظ أنه مع التباين في ثاني أكسيد الكربون في الهواء ونسبة ثاني أكسيد الكربون إلى ساق القطن كان له تأثير ذو مغزى على أداء التغويز. تم إدخال النسب المختلفة للهواء وثاني أكسيد الكربون بنسب متفاوتة مثل 20 ٪ من ثاني أكسيد الكربون و 30 ٪ من ثاني أكسيد الكربون و 40 ٪ من ثاني أكسيد الكربون و 50 ٪ من ثاني أكسيد الكربون و 60 ٪ من ثاني أكسيد الكربون و 70 ٪ من ثاني أكسيد الكربون والنسب المئوية المتبقية من الهواء في جهاز تحويل التدفق المحبوس. مع زيادة نسبة ثاني أكسيد الكربون إلى ساق القطن، انخفض تركيز الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون في حين تحسن تركيز أول أكسيد الكربون. تم الكشف عن أن جزء المولي من ثاني أكسيد الكربون والميثان بلغ الحد الأقصى عندما كان ثاني أكسيد الكربون ٪ في الهواء 50 ٪ ولوحظ أن جزء المولي H2 كان الحد الأقصى عند ثاني أكسيد الكربون ٪ في الهواء 30 ٪. عند 50 ٪ من خليط ثاني أكسيد الكربون في الهواء، لوحظ الحد الأقصى لقيمة التسخين المنخفضة وكفاءة الغاز البارد. لذلك، قد يكون الوضع الأمثل هو 50 ٪ من نسبة ثاني أكسيد الكربون في عامل التغويز لجهاز تحويل التدفق المحتجز. ومن ثم زيادة في ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين، وصلت كفاءة الغاز البارد وقيمة التسخين المنخفضة إلى الحد الأقصى. ومع ذلك، توفر هذه الدراسة طريقًا مناسبًا لإنتاج الطاقة باستخدام سيقان القطن كمواد خام وستساعد في تصميم وتشغيل مفاعل التدفق المحتجز. تشير المحاكاة إلى الحدود الديناميكية الحرارية للتغويز وتسمح بصياغة المبادئ العامة التي تحكم هذه العملية. علاوة على ذلك، لا توجد أدبيات متاحة للتحقيقات البارامترية لتغويز الكتلة الحيوية الباكستانية باستخدام جهاز تغويز التدفق المحبوس. لذلك هذا عمل جديد لباكستان وسيتم التعامل معه على أنه عمل أساسي لتغويز الكتلة الحيوية في البلاد.Translated Description (French)
La gazéification du charbon et de la biomasse en utilisant le mélange de CO2 et d'air comme gaz vecteur offre un moyen encourageant d'éliminer la pénurie d'énergie et de réduire les émissions de dioxyde de carbone. Dans la présente étude, l'approche eulérienne-lagrangienne a été appliquée pour comprendre le comportement de conversion thermochimique de la charge dans un gazéificateur à flux entraîné. Le code CFD (Computational Fluid Dynamics) commercial ANSYS FLUENT®14 a été utilisé à des fins de simulation. Il a été observé qu'avec la variation du CO2 dans l'air et le rapport CO2/tige de coton avait un effet significatif sur les performances de gazéification. Les différents rapports d'air et de CO2 en pourcentages variables tels que 20% de CO2, 30% de CO2, 40% de CO2, 50% de CO2, 60% de CO2, 70% de CO2 et les pourcentages restants d'air ont été introduits dans le gazéificateur à flux entraîné. Avec l'augmentation du ratio CO2/tige de coton, la concentration de H2 et de CO2 a diminué tandis que la concentration de CO s'est améliorée. Il est révélé que la fraction molaire de CO et de CH4 atteignait son maximum lorsque CO2 % dans l'air était de 50 % et que la fraction molaire de H2 était observée à un maximum de CO2 % dans l'air était de 30 %. À 50 % de mélange de CO2 dans l'air, le pouvoir calorifique inférieur maximal et l'efficacité du gaz froid ont été observés. Par conséquent, la situation optimale pourrait être 50 % de pourcentage de CO2 dans l'agent gazéifiant pour ce gazéificateur à flux entraîné. D'où une augmentation du CO et de l'H2, l'efficacité du gaz froid et le pouvoir calorifique inférieur ont atteint le maximum. Cependant, cette étude fournit une voie appropriée pour la production d'énergie en utilisant des tiges de coton comme matière première et aidera à la conception et au fonctionnement du réacteur à flux entraîné. Les simulations indiquent les limites thermodynamiques de la gazéification et permettent la formulation des principes généraux régissant ce processus. De plus, aucune littérature n'est disponible pour les enquêtes paramétriques sur la gazéification de la biomasse pakistanaise à l'aide d'un gazéificateur à flux entraîné. Il s'agit donc d'un travail novateur pour le Pakistan et sera traité comme un travail de fondation pour la gazéification de la biomasse dans le pays.Translated Description (Spanish)
La gasificación del carbón y la biomasa utilizando una mezcla de CO2 y aire como gas portador ofrece una forma alentadora de eliminar la escasez de energía y reducir las emisiones de dióxido de carbono. En el presente estudio, se aplicó el enfoque EulerianLagrangian para comprender el comportamiento de conversión termoquímica de la materia prima en el gasificador de flujo arrastrado. Se utilizó el código comercial CFD (Computational Fluid Dynamics) ANSYS FLUENT®14 para el propósito de simulación. Se observó que con la variación en el CO2 en el aire y la relación de CO2 a tallo de algodón tuvo un efecto significativo en el rendimiento de la gasificación. Las diferentes proporciones de aire y CO2 en porcentajes variables como 20% de CO2, 30% de CO2, 40% de CO2, 50% de CO2, 60% de CO2, 70% de CO2 y porcentajes restantes de aire se introdujeron en el gasificador de flujo arrastrado. Con el aumento de la relación CO2/tallo de algodón, la concentración de H2 y CO2 disminuyó, mientras que la concentración de CO mejoró. Se revela que la fracción molar de CO y CH4 alcanzó el máximo cuando el CO2% en el aire fue del 50% y la fracción molar de H2 se observó como máximo a un CO2% en el aire fue del 30%. Con una mezcla de CO2 al 50% en el aire, se observó el valor de calentamiento máximo más bajo y la eficiencia del gas frío. Por lo tanto, la situación óptima podría ser un 50% de porcentaje de CO2 en el agente gasificante para este gasificador de flujo arrastrado. Por lo tanto, un aumento en CO y H2, la eficiencia del gas frío y el menor valor de calentamiento alcanzaron el máximo. Sin embargo, este estudio proporciona una ruta apropiada para la producción de energía utilizando tallos de algodón como materia prima y ayudará en el diseño y operación del reactor de flujo arrastrado. Las simulaciones indican los límites termodinámicos de la gasificación y permiten formular los principios generales que rigen este proceso. Además, no hay literatura disponible para las investigaciones paramétricas de la gasificación de biomasa paquistaní utilizando un gasificador de flujo arrastrado. Por lo tanto, este es un trabajo novedoso para Pakistán y se tratará como trabajo de base para la gasificación de biomasa en el país.Files
422.pdf
Files
(517.8 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:74690e4b0ce5bf44e85db2fbd470b06b
|
517.8 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- محاكاة سيقان القطن لتوليد الغاز المركب باستخدام ثاني أكسيد الكربون والهواء كعوامل تغويز
- Translated title (French)
- Simulation de tiges de coton pour la génération de gaz de synthèse utilisant du CO2 et de l'air comme agents gazéifiants
- Translated title (Spanish)
- Simulación de tallos de algodón para la generación de gas de síntesis utilizando CO2 y aire como agentes gasificantes
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3019145218
- DOI
- 10.22581/muet1982.2002.13