شبیه‌سازی عددی فرایند گازی‌سازی ترکیبی پلاسمایی پسماندهای شهری و زیست‌‌توده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد فناوری پلاسما، دانشگاه شهید بهشتی

2 استادیار فیزیک، دانشگاه شهید بهشتی

3 استاد فیزیک، دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

یکی از روش‌های نوین مدیریت پسماند، بهره‌گرفتن از فناوری پلاسمای حرارتی در گازی‌سازی است. گازی‌سازی پلاسمایی، فرایند پیچیده‌ای است که مطالعات زیادی را طلب می‌کند. در این میان فناوری پلاسما می‌تواند جواب‌گوی نیاز به انرژی و مدیریت پسماند بسیاری از جوامع باشد که مطالعۀ تجربی آن همواره میسر نیست. در این تحقیق مدلی در محیط نرم‌افزار اسپن‌پلاس بر اساس کمینه‌سازی انرژی آزاد گیبس ایجاد شد تا ترکیب پسماندهای شهری و زیست‌توده به‌عنوان خوراک را بررسی کند. پس از اعتبارسنجی مدل که نتایج قابل قبولی از خود نشان داد؛ مشخصه‌های مهمی بررسی شد که نشان دادند افزایش میزان پسماند شهری در خوراک، می‌تواند به بهترشدن کیفیت گازسنتزی به‌عنوان محصول این فرایند کمک کند. بهترین نسبت بخار به پسماند برای تولید بیشترین مقدار هیدرژن مقدار 2 به‌دست آمد. هم‌چنین مشاهده شد که با افزایش دما- بیشتر از 800 درجۀ سلسیوس- اثرِ نسبت بخار به پسماند بر تولید هیدروژن کاهش می‌یابد و افزایش دما در نسبت­های پائین بخار به پسماند، به‌مراتب بر تولید هیدروژن اثر بیشتری دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Municipal Solid Waste and Biomass Plasma Co-Gasification Process

نویسندگان [English]

  • A. Okati 1
  • M. R. Khani 2
  • B. Shokri 3
1 M. Sc. Student of Physics, Shahid Beheshti University
2 Assistant Professor of Plasma Technology, Shahid Beheshti University
3 Professor of Physics, Shahid Beheshti University
چکیده [English]

One of the newest methods of waste management is benefiting from thermal plasma technology in gasification. Plasma gasification is a complicated process that requires much research. Plasma technology, meanwhile, can meet the energy and waste management needs of several communities, but the experimental study is not always feasible. In this study, an Aspen Plus model based on Gibbs free energy minimization is created in order to assess municipal waste and biomass as feedstocks. After validating the model, important parameters were examined which showed that increasing the amount of municipal waste in the feed can help improve the quality of syngas as the product of this process. The best steam to waste ratio for generating the highest amount of hydrogen production was obtained 2. It was also observed that the effect of steam-to-waste ratio on hydrogen production decreases with the increase of temperature above 800 degrees Celsius, and the increase of temperature in low steam-to-waste ratios has a greater effect on the amount of hydrogen production.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gasification
  • Aspen Plus
  • Thermal Plasma
  • Synthesis Gas
  • Simulation

مراجع

[1]        Rasheed ,T., Anwar T. M., Ahmad, N., Sher, F., Khan, U. S., Ahmad, A., Khan, R., Wazeer, I., "Valorisation and emerging perspective of biomass based waste-to-energy technologies and their socio-environmental impact: A review", Journal of Environmental Management. Vol. 287, p. 112257, (2021).
[2]        Zamri, A. A., Yin, O. M., Nomanbhay, S., Show, L. P., "Microwave plasma technology for sustainable energy production and the electromagnetic interaction within the plasma system: A review", Environmental Research.Vol. 197, p. 111204, (2021).
[3]        Panepinto, D., Tedesco, V., Brizio, E., Genon, G., "Environmental performances and energy efficiency for MSW gasification treatment", Waste and Biomass Valorization. Vol. 6, pp. 123-35, (2015).
[4]        Ma, W. C., Chu, C., Wang, P., Guo, Z., F., Lei, S., J., Zhong, L., Chen G. Y., "Hydrogen-Rich Syngas Production by DC Thermal Plasma Steam Gasification from Biomass and Plastic Mixtures", Advanced Sustainable Systems. Vol. 4, pp. 1-9, (2020).
[5]        Okati, A., Khani, M. R., Shokri, B., "Thermodynamic Modeling Of Municipal Solid Waste Thermal Plasma Gasification Process", Iranian chemical engineering journal. Vol. 18, pp. 61-70, (2019).
[6]        Jiang, P., Parvez, A. M., Meng, Y., Dong, X., Xu, M., Luo, X., Shi, K.,Wu, T., "Novel two-stage fluidized bed-plasma gasification integrated with SOFC and chemical looping combustion for the high efficiency power generation from MSW: A thermodynamic investigation", Energy Conversion and Management. Vol. 236, p. 114066, (2021).
[7]        Vecten, S., Wilkinson, M., Martin, A., Dexter, A., Bimbo, N., Dawson, R., Herbert, B. M. J., "Experimental study of steam and carbon dioxide microwave plasma for advanced thermal treatment application", Energy. Vol. 207, p. 118086, (2020).
[8]        Agon, N., Hrabovský, M., Chumak, O., Hlína, M., Kopecký, V., Mašláni, A., "Plasma gasification of refuse derived fuel in a single-stage system using different gasifying agents", Waste Management. Vol. 47, pp. 246–55, (2016).
[9]        Okati, A., Khani, M. R., Shokri, B., Monteiro, E., Rouboa, A., "Numerical modeling of plasma gasification process of polychlorinated biphenyl wastes", Energy Reports. Vol. 7(5), pp. 270-285, (2021).
[10]      Kaushal, P., Tyagi, R., "Advanced simulation of biomass gasification in a fluidized bed reactor using ASPEN PLUS", Renewable Energy. Vol. 101,
pp. 629–36, (2017).
[11]      Zhang, Q., Wu, Y., Dor, L., Yang, W., Blasiak, W., "A thermodynamic analysis of solid waste gasification in the Plasma Gasification Melting process". Applied Energy. Vol. 112, pp. 405-413, (2013).
[12]      Saha, P., Helal, U. M., Toufiq, R. M., "A steady-state equilibrium-based carbon dioxide gasification simulation model for hydrothermally carbonized cow manure", Energy Conversion Management. Vol. 191, pp. 12–22, (2019).
[13]      Tavares, R., Ramos, A., Rouboa, A., "Microplastics thermal treatment by polyethylene terephthalate-biomass gasification", Energy Conversion Management. Vol. 162, pp. 118–31, (2018).
[14]      Wei, J., Guo, Q., He, Q., Ding, L., Yoshikawa, K., Yu, G., "Co-gasification of bituminous coal and hydrochar derived from municipal solid waste: Reactivity and synergy", Bioresource Technology. Vol. 239, pp. 482–9, (2017).
[15]      Nanda, S., Okolie, J. A., Patel, R., Pattnaik, F., Fang, Z., Dalai, A. K., Kozinski, J. A., Naik, S., "Catalytic hydrothermal co-gasification of canola meal and low-density polyethylene using mixed metal oxides for hydrogen production", International Journal of Hydrogen Energy. (2021).
[16]      Hu, Y., Pang, K., Cai, L., Liu, Z., "A multi-stage co-gasification system of biomass and municipal solid waste (MSW) for high quality syngas production",  Energy. Vol. 221, p. 119639, (2021).
[17]      Janajreh, I., Raza, S. S., Valmundsson, A. S., "Plasma gasification process: Modeling, simulation and comparison with conventional air gasification", Energy Conversion and Management. Vol. 65, pp. 801-809, (2013).
مهندسی شیمی ایران
دوره 22، شماره 128 - شماره پیاپی 128
مرداد و شهریور 1402
صفحه 110-120

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار