analisis kinerja suatu bed gasifier terpadu tetap

5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap

1/21

Analisis Kinerja suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap

Model Bahan baku biomassa yang berbeda-beda

Sharmina Begum

1,

*, Mohammad G. Rasul

1, Delwar Akbar

2

dan Naveed Ramzan

31

Sekolah Teknik dan Teknologi, Central Queensland University, Rockhampton, QLD 4702,

Australia; E-Mail: m.rasul @ cqu.edu.au

2

Sekolah Bisnis dan Hukum, Central Queensland University, Rockhampton, QLD 4702,

Australia;

E-Mail: d.akbar @ cqu.edu.au3

Departemen Teknik Kimia, Universitas Teknik dan Teknologi, Lahore 54890,

Pakistan; E-Mail: [email protected]

*Penulis kepada siapa korespondensi harus ditangani; E-Mail: s.begum @ cqu.edu.au;

Tel: +61-7-4930-9283;. Fax: +61-7-4930-9382.

Diterima: 24 September 2013;dalam bentuk direvisi: 9 Desember 2013 / Diterima: 9

Desember 2013 /

Diterbitkan: 16 Desember 2013

Abstrak:Pemulihan Energi dari biomassa oleh teknologi gasifikasi telah menarik

bunga yang signifikan karena memenuhi persyaratan utama kelestarian lingkungan dengan

memproduksi mendekati nol emisi. Meskipun bukan teknologi baru, mempelajari tentang

terpadu

simulasi proses dan analisis terbatas, khususnya untuk limbah padat perkotaan (MSW)

gasifikasi. Makalah ini mengembangkan model gasifier terintegrasi tetap tidur biomassa

Gasifikasi menggunakan Advanced System for Process ENngineering (Aspen) Ditambah

software

untuk analisis kinerjanya. Sebuah model komputasi dikembangkan atas dasar Gibbs

minimisasi energi bebas. Model ini divalidasi dengan data eksperimental MSW dan makanan

gasifikasi limbah yang tersedia dalam literatur. Sebuah perjanjian yang wajar antara diukur

dan komposisi syngas diprediksi ditemukan. Dengan menggunakan model divalidasi, efek

kondisi operasi, yaitu rasio udara-bahan bakar dan suhu gasifier, produksi syngasdipelajari. Analisis kinerja telah dilakukan selama empat bahan baku yang berbeda, yaitu

kayu,

sekam biji kopi, limbah hijau dan MSWs. Analisis data utama dan terdekat untuk

setiap bahan baku yang digunakan untuk pengembangan model. Ditemukan bahwa parameter

operasi

memiliki pengaruh yang signifikan terhadap komposisi syngas. Sebuah rasio udara-bahan

bakar dari 0,3 dan gasifier

suhu 700 C memberikan kinerja optimal untuk tempat tidur gasifier tetap untuk MSWs,

limbah kayu, limbah hijau dan sekam biji kopi. Model yang dikembangkan dapat berguna

untuk

gasifikasi biomasa lain (misalnya, sisa makanan, sekam padi, limbah unggas danACCESS OPEN


2/21

Page 2

Energi2013,6

6509ampas tebu) untuk memprediksi komposisi syngas. Oleh karena itu, penelitian ini

memberikan

Model gasifikasi terpadu yang dapat digunakan untuk bahan baku biomassa yang berbeda.

Kata kunci:gasifikasi; unggun tetap; Aspen Plus; syngas

1. PendahuluanPermintaan untuk keamanan energi telah meningkat secara global untuk memenuhi

kebutuhan vital manusia '

kehidupan sehari-hari: menghasilkan listrik, menyalakan kendaraan, pemanas atau rumah

AC, memproduksi

obat yang menyelamatkan jiwa dan pengolahan makanan, dllSebuah studi baru-baru ini

memperkirakan bahwa harga minyak dan gas akan

ganda pada tahun 2050 [1]. Energi terbarukan dengan demikian mengambil peran yangsemakin penting untuk memberikan

menyeimbangkan antara permintaan dan pasokan energi. Energi terbarukan dapat diperoleh

dari sumber yang berbeda.

Biomassa adalah sumber energi terbarukan yang penting dengan mendekati nol CO

2

emisi melalui penggunaan

proses gasifikasi, yang dapat memberikan cara baru pemanfaatan energi meningkat sementara

juga

memenuhi persyaratan pembangunan berkelanjutan [2].

Biomassa terdiri dari bahan karbon dan terdiri dari campuran bahan organik,

seperti limbah padat perkotaan (MSWs), limbah kayu, limbah hijau, ampas tebu, sekam padi,sekam biji kopi, limbah makanan dan limbah unggas. Gasifikasi biomassa adalah salah satu

yang populer

proses yang menghasilkan energi dalam bentuk gas sintesis dan pada saat yang sama

mengurangi

bahaya lingkungan dari biomasa mentah. Hal ini dapat mengurangi ketergantungan pada

impor energi dan akan

sehingga membantu menjamin keamanan energi. Gasifikasi adalah proses termokimia yang

mengubah

bahan karbon dari biomassa menjadi syngas yang mudah terbakar [3]. Gasifikasi biomassa

adalah kontinu

substoichiometric [oksigen (O2

) Kelaparan] proses pembakaran yang membakar biomassa (misalnya, limbah padat) dalam

reaktor menghasilkan syngas dan cairan pirolisis (ter) sebagai bahan bakar. Ini terjadi dalam

kehadiran

jumlah terbatas oksidator (udara, O

2

atau uap). Komposisi produk akhir, syngas, bervariasi dengan

kondisi operasi dan jenis pengoksidasi yang digunakan. Syngas terutama terdiri dari karbon

monoksida (CO)

dan hidrogen (H

2

). Komponen sisa syngas adalah karbon dioksida (CO


3/21

2

), Metana (CH

4

),

O

2dan nitrogen (N

2

). Syngas memainkan peran penting dalam aplikasi industri dan rumah tangga.

Saat ini, gasifiers tidak hanya digunakan untuk industri kimia dan petrokimia, tetapi juga

diterapkan di berbagai bidang lainnya. Proses gasifikasi terdiri dari tiga proses yang terkait;

pirolisis (penguraian), gasifikasi, dan pembakaran parsial. Pembakaran parsial diperlukan

karena memasok panas yang dibutuhkan oleh reaksi gasifikasi endotermis [4].

Baru-baru ini, Ma [5] melakukan penyelidikan gabungan katalis dan O et al.

2

sistem pembawa untuk

oksidasi parsial dari naftalena sebagai model tar dari gasifikasi biomassa. Dalam penelitianmereka,

oksidasi parsial katalitik diterapkan sebagai metode termo-kimia untuk menghilangkan tar

(naphthalene) dari

syngas dan mengubahnya menjadi bahan bakar gas dengan menggunakan katalis gabungan

dan O

2

sistem carrier. Lain baru-baru ini

Penelitian dilakukan oleh Font Palma dan Martin [6] pada evaluasi berbasis model enam

energi

skema integrasi diterapkan pada proses gasifikasi skala kecil untuk pembangkit listrik

mengingat

penggunaan menghabiskan sampah unggas sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik di

tempat. Mereka menemukan disukai

konfigurasi proses 200 kW yang diusulkan dapat mencapai efisiensi listrik berkisar antara

26%

dan 33,5%.

Page 3

Energi2013,6

6510

Studi simulasi proses gasifikasi pada terbatas, meskipun ada penelitian besarmelibatkan gasifikasi MSWs, ampas tebu dan berbagai jenis limbah lainnya. Baru-baru ini,

[7] Mavukwana et al.Dilakukan simulasi ampas tebu gasifikasi menggunakan Advanced

Sistem Rekayasa Proses (Aspen) Ditambah perangkat lunak dan mereka membandingkan

model data dengan

hasil eksperimen yang dipublikasikan dalam literatur. Data keseluruhan yang ditemukan

dalam perjanjian yang baik.

Baru-baru ini, Kuo [8] melakukan studi terhadap kinerja gasifikasi et al.Mentah dan torrefied

biomassa dalam downdraft gasifier fixed bed menggunakan analisis termodinamika. Dalam

studi mereka, gasifikasi

pertunjukan dari tiga bahan biomassa: bambu mentah, bambu torrefied pada 250 C dan

bambu


4/21

torrefied pada suhu 300 C, dalam downdraft gasifier fixed bed dievaluasi melalui analisis

termodinamika.

Dua parameter Modified Equivalence Ratio dan Uap Pasokan Ratio dianggap akun

dampaknya terhadap gasifikasi biomassa. [9] Ramzan et al.Mengembangkan model steady

state menggunakan

Aspen Plus untuk mempelajari gasifikasi MSWs, limbah makanan dan limbah unggas.Mereka divalidasi

Model dengan data eksperimen yang diperoleh melalui gasifier biomassa hybrid. Mereka juga

meneliti

pengaruh rasio ekuivalen (ER), temperatur gasifikasi dan kadar air pada gasifikasi

kinerja. Studi lain telah dilakukan oleh Chen et al.[10] pada dua jenis yang berbeda dari

tempat tidur tetap

reaktor untuk MSW simulasi. Mereka membahas efek gas buang dari bagian pembakaran

pada

Komposisi dan nilai kalor rendah (LHV) dari syngas, efisiensi konversi panas, dan karbon

konversi pada berbagai suhu gasifikasi dan rasio kesetaraan udara. Perlu dicatat bahwa ini

peneliti mengembangkan model simulasi untuk bahan baku khusus mereka, oleh karena itusebuah model yang terintegrasi

yang dapat digunakan untuk sejumlah bahan baku yang diperlukan. Kebaruan dari penelitian

ini adalah untuk mengembangkan

Model terpadu dan umum berlaku untuk bahan baku yang berbeda.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan model gasifier terintegrasi tetap

tidur untuk berbeda

bahan baku biomassa, lebih praktis untuk MSWs, limbah kayu, limbah hijau dan sekam biji

kopi untuk

memprediksi kinerja steady-state model. Awalnya model simulasi yang dikembangkan adalah

divalidasi dengan data MSW diukur dengan Naveed et al.[11] dan kemudian digunakan

untuk melakukan analisis untuk

bahan baku lainnya. Makalah ini menyajikan rincian dari pendekatan pemodelan yang

diambil untuk memperoleh suatu proses

model simulasi dan validasi, termasuk analisis kinerja bahan baku yang berbeda. Kemudian

Model diperpanjang untuk mempelajari dampak dari variabel operasi, seperti rasio udara-

bahan bakar dan gasifier

suhu pada produksi syngas.

2. Pengembangan Model Simulasi2.1.Proses Model Simulator

Baru-baru ini, sejumlah paket perangkat lunak pemodelan proses telah tersedia untuk

mengembangkanmodel komputasi dari proses gasifikasi dan untuk melakukan simulasi dan validasi studi.

Secara umum, peneliti dan profesional menggunakan Aspen Plus, Komputasi Dinamika

Fluida (CFD, terdiri

dari GAMBIT dan FLUENT), Chemcad dan paket perangkat lunak MatLab untuk

mengembangkan dan mengoptimalkan mereka

model gasifikasi. Meskipun CFD adalah perangkat lunak yang kuat, program memiliki

komputasi yang tinggi

persyaratan. Di sisi lain, Aspen Plus adalah salah satu dari komputer pemodelan proses

canggih

paket perangkat lunak yang akrab bagi banyak pengguna dan telah membuktikan

kapasitasnya untuk model gasifikasi


5/21

pengembangan dan simulasi. Karena kemampuan yang luas dan hasil yang tepat dalam

pemodelan proses,

Page 4

Energi2013,6

6511Aspen Plus digunakan dalam penelitian ini untuk mengembangkan dan mensimulasikan

proses gasifikasi unggun tetap untuk berbagai

bahan baku (MSWs, limbah kayu, limbah hijau dan sekam biji kopi).

Simulasi dari proses gasifikasi biomassa didasarkan pada keseimbangan massa-energi dan

kesetimbangan kimia untuk proses keseluruhan. Aspen Plus didasarkan pada "blok" berkaitan

dengan unit

operasi serta reaktor kimia, di mana sebagian besar operasi industri dapat disimulasikan.

Ini terdiri dari beberapa database yang berisi data fisik, kimia dan termodinamika untuk

berbagai

berbagai senyawa kimia, serta pilihan model termodinamika yang diperlukan untuksimulasi yang akurat dari setiap sistem kimia tertentu [12]. Dalam penelitian ini,

dikembangkan model Aspen Ditambah

untuk tempat tidur gasifier tetap melibatkan langkah-langkah berurutan berikut:

(1) spesifikasi kelas stream;

(2) pemilihan metode properti;

(3) komponen sistem spesifikasi (dari bank data) dan mengidentifikasi konvensional dan

komponen non-konvensional;

(4) mendefinisikan flowsheet proses (menggunakan blok satuan operasi dan bahan

menghubungkan dan

aliran energi);

(5) menetapkan pakan stream (laju alir, komposisi, dan kondisi termodinamika);(6) menetapkan blok satuan operasi (kondisi termodinamika, reaksi kimia, dan lain-lain).

Kelemahan menggunakan Aspen Plus adalah kurangnya model perpustakaan untuk

mensimulasikan tidur satuan operasi tetap.

Namun, adalah mungkin bagi pengguna untuk memasukkan model sendiri, menggunakan

kode FORTRAN dan reaksi

bersarang dalam file input Aspen Plus, untuk mensimulasikan operasi unggun tetap.

2.2.Asumsi

Asumsi berikut dipertimbangkan dalam penelitian ini:

(1) model adalah steady state, kinetik gratis dan isotermal;

(2) reaksi kimia terjadi pada keadaan setimbang dalam gasifier, dan tidak ada

kehilangan tekanan;(3) semua elemen kecuali kontak sulfur di seragam dan mengambil bagian dalam reaksi

kimia;

(4) semua gas adalah gas ideal, termasuk H

2

, CO, CO

2

, Steam (H

2

O), N

2

dan CH

4


6/21

;

(5) arang mengandung hal-hal yang mudah menguap yang terdiri dari karbon, H

2

dan O

2

;(6) ter diasumsikan sebagai produk non-ekuilibrium untuk mengurangi kompleksitas

hidrodinamik [13].

2.3.Model Deskripsi

Sejumlah langkah terdiri dari proses gasifikasi keseluruhan: (1) pengeringan; (2)

dekomposisi;

(3) gasifikasi; dan (4) pembakaran. Sebuah flowchart proses dan simulasi flowchart Aspen

Plus

gasifikasi biomassa ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2, masing-masing. Pakan ditentukan

sebagai non-konvensional

komponen di Aspen Plus dan didefinisikan dalam model simulasi dengan menggunakan akhir

dananalisis proksimat.

Page 5

Energi2013,6

6512Gambar 1.Flowsheet Proses gasifikasi di tempat tidur gasifier fixed.

MakananPirolisis Region

Pirolisis

Pernyataan FORTRAN

GasifikasiGasifikasi Region

Syngas

Alat pemisahH

2

O

Dry-Feed

Udara

Pengaduk

Alat pemisahAbu

Produk gas

Alat pemisahHasil tambahan

Produk gas

PembakaranPembakaran Region

Udara

Pengeringan

Reaksi

Pernyataan FORTRAN

Pengeringan Region


7/21

Page 6

Energi2013,6

6513Gambar 2.Advanced System untuk Rekayasa Proses (Aspen) Ditambah simulasi flowchart.

Page 7

Energi2013,6

6514Karakteristik bahan baku yang berbeda (MSWs, kayu, limbah hijau dan sekam biji kopi)

bersumber dari literatur (BEST Energi Australia Pty Ltd Report [14], Wilson et al.[15],

[11] dan Chen et al.Naveed et al.[10]) diberikan dalam Tabel 1. Model ini didasarkan pada

minimalisasi

energi bebas Gibbs pada kesetimbangan. Simulasi ini dikembangkan berdasarkan asumsi

bahwa

waktu tinggal cukup lama untuk memungkinkan reaksi kimia untuk mencapai keadaansetimbang.

Karakteristik bahan baku Tabel 1..

Bahan baku

Sumber data

Analisis proksimat (%)

Analisis Ultimate

Embun

kadar

Tetap

karbon

Volatilemasalah

Abu

C

H

O

N

SKayu

Energi TERBAIK

Australia Pty

Ltd Report [14]

25

16.3

82.6

1.1

50.3

6,03 42,33 0,21

0

Biji kopi

sekam

[15] Wilson dkk.10.1


8/21

83.2

14.3

2.5

49.4

6.1

41,20.7

0.07

Limbah hijau

Energi TERBAIK

Australia Pty

Ltd Report [14]

48

19.6

72

8.4

46,65.5

38,61 0,71

0.18

MSWs

[11] Naveed et al.

12

15.47

38.29

46.24

36.4

4,97 10,15 1,44 0,802

Limbah makanan

[11] Naveed et al.

29.3

14.6

51.1

4.9

56,65 8,76 23,54 3,95

0.19

MSWs

Chen et al.[10]48

7.7

46.15

46.15 30.77 4.62

17.3

0.77

0.39

Parameter input dan kondisi operasi yang sesuai untuk semua bahan baku yang sama,

dan diberikan dalam Tabel 2.

Gasifikasi parameter Tabel 2.Operasi untuk bahan baku yang berbeda.

Parameter ModelMakanan


9/21

Udara

GasifierLaju alir (kg / h)

10

1-10

-Tekanan (bar)

1

1

1

Suhu ( C)

25

25

500-1000

Metode dan langkah-langkah yang digunakan untuk pengembangan model yang dijelaskan di

bawah ini.

2.3.1. Metode Fisik PropertiThe Redlich-Kwong-Soave persamaan kubik negara dengan Boston-Mathias fungsi alpha

(RKS-BM)

telah digunakan untuk memperkirakan semua sifat fisik dari komponen konvensional dalam

proses gasifikasi. Metode Properti ini sebanding dengan persamaan kubik Peng Robinson

negara

dengan fungsi alpha Boston-Mathias (PR-BM) metode properti. RKS-BM direkomendasikan

untuk

gas-pengolahan, kilang dan petrokimia aplikasi seperti pabrik gas, menara mentah dan

tanaman ethylene. Metode ini umumnya digunakan untuk campuran nonpolar atau sedikit

polar, seperti hidrokarbon

dan gas ringan seperti CO

2

, Hidrogen sulfida dan H

2

. Menggunakan RKS-BM, hasil yang wajar dapat

diharapkan pada semua suhu dan tekanan. The RKS-BM metode properti konsisten dalam

daerah kritis. Entalpi dan kepadatan model yang dipilih untuk kedua pakan dan abu yang

non-konvensional

Page 8

Energi2013,66515komponen, HCOALGEN dan DCOALIGT. Dalam studi ini, pakan didefinisikan sebagai

non-konvensional

komponen dari perspektif analisis ultimate dan proximate (Tabel 1). Abu juga

didefinisikan sebagai komponen non-konvensional dengan kadar abu diatur ke 100%.

2.3.2. Model Urutan

Sejumlah unit Aspen Ditambah digunakan untuk mengembangkan model. Proses utama yang

disimulasikan

oleh tiga reaktor di Aspen ditambah: RStoic, RYield dan RGibbs. Proses gasifikasi dimulai

dengan

dekomposisi (pirolisis) wilayah dan berlanjut dengan daerah pembakaran. Reaksi yang

relevan dalam


10/21

Persamaan (1) - (7) dipertimbangkan dalam proses ini adalah [6,16]:

C + O

2

= CO

2

(Pembakaran karbon)(1)

C + 0.5O

2

= CO (karbon pembakaran)

(2)

C + CO

2

= 2CO (Boudouard)

(3)

C + H

2O = CO + H

2

(Air-gas)

(4)

CO + H

2

O = CO

2

+ H

2

(CO shift)

(5)

C + 2H

2

= CH

4

(Methanation)

(6)

H

2

+ 0.5O2

= H

2

O (H

2

pembakaran)

(7)

CH

4

+ H

2O = CO + 3H


11/21

2

(8)

CH

4

+ 2H

2O = CO

2

+ 4H

2

(9)

Reaksi gasifikasi utama adalah gas air, Boudouard, konversi shift dan Methanation. Sesuai

dengan reaksi Boudouard dalam Persamaan (3), pada suhu rendah baik tidak terbakar karbon

dan CH

4

adalah

hadir dalam syngas tetapi sebagai suhu meningkat karbon diubah menjadi karbon. CH4

adalah

diubah menjadi H

2

dengan reaksi methanantion terbalik di Persamaan (6). Menurut Boudouard

Reaksi (R4), karena suhu gasifier meningkatkan fraksi mol CO meningkat dan bahwa dari

CO

2

menurun. Reaksi gas air dalam Persamaan (4) menunjukkan bahwa suhu tinggi meningkatkan

produksi baik CO dan H

2

. Menurut reaksi Methanation dalam Persamaan (6) fraksi mol

CH

4

dalam penurunan syngas dan H

2

meningkat dengan peningkatan suhu. Pada yang lebih tinggi

suhu hasil H

2

dan CO mulai mengurangi. Hal ini juga disebabkan oleh reaksi gas air

Persamaan (4).2.3.2.1. Pengeringan

Tujuan dari wilayah ini adalah untuk mengurangi kadar air bahan baku. The Aspen Ditambah

reaktor stoikiometri, RStoic (Model ID: DRIER), digunakan untuk mensimulasikan

penguapan kelembaban.

Operasi pengeringan dikontrol dengan menulis pernyataan FORTRAN di blok kalkulator.

RStoic mengkonversi bagian dari pakan untuk membentuk air yang memerlukan tingkat

reaksi yang dikenal sebagai:

0.0555084HO

(10)

Hasil air gas ditentukan oleh kadar air dalam analisis proksimat

bahan baku tertentu. Dalam kasus validasi model, kadar air MSW adalah 12%; Oleh karenaitu, massa


12/21

yield air gas ditetapkan sebagai 12%, didasarkan pada asumsi bahwa air secara fisik terikat

adalah

Page 9

Energi2013,6

6516menguap sepenuhnya dalam proses ini. Hasil massa kering MSW Sejalan sama dengan

100% - 12% = 88%.

Dalam langkah ini, kelembaban masing-masing bahan baku sebagian menguap dan kemudian

dipisahkan menggunakan

Model pemisah, SEP2 (Model ID: SEP1) melalui fraksinasi memisahkan komponen. Kering

bahan baku ditempatkan ke daerah berikutnya untuk dekomposisi setelah dipisahkan dari

menguap kelembaban. Kelembaban menguap terkuras keluar dari proses. Panas yang

dihasilkan dari

Reaksi yang terkait dengan drier (Model ID: Q-DRIER) disahkan oleh aliran panas ke dalam

RYieldreaktor di mana dekomposisi terjadi.

2.3.2.2. Penguraian

Dekomposisi adalah salah satu langkah utama dari proses gasifikasi di mana setiap bahan

baku adalah

didekomposisi menjadi unsur-unsurnya. The Aspen Ditambah reaktor yield, RYield (Model

ID: DECMPOSE),

digunakan untuk mensimulasikan dekomposisi feed. Reaktor yield mengkonversi pakan non-

konvensional

menjadi komponen-komponen konvensional dengan menggunakan pernyataan FORTRAN.

Dalam langkah ini, pakan diubah menjadi nya

komponen termasuk karbon, O2

, N

2

, H

2

, Sulfur dan abu dengan menentukan distribusi hasil

menurut analisis utama bahan baku itu. Distribusi hasil pakan menjadi komponen-

komponennya adalah

ditentukan oleh pernyataan FORTRAN di blok kalkulator. Unsur-unsur membusuk

bercampur dengan udara

pada MIXER blok Aspen siap untuk gasifikasi.2.3.2.3. Gasifikasi

The RGibbs reaktor reaktor ketat untuk multiphase kesetimbangan kimia berdasarkan Gibbs

gratis

minimisasi energi. RGibbs digunakan untuk mensimulasikan gasifikasi biomassa. The energi

bebas Gibbs

biomassa tidak dapat dihitung karena merupakan komponen non-konvensional. Oleh karena

itu, sebelum makan

biomassa ke RGibbs blok itu didekomposisi menjadi unsur-unsurnya (C, H, O, N dan S, dll)

dengan menggunakan

reaktor RYield. Reaktor menghitung komposisi syngas dengan meminimalkan energi bebas

Gibbs


13/21

dan mengasumsikan lengkap kesetimbangan kimia. Panas reaksi yang berhubungan dengan

dekomposisi

(Q-PYROL) pakan disahkan oleh aliran panas ke dalam reaktor gasifikasi RGibbs mana

terjadi.

Pakan dan udara membusuk masuk ke dalam reaktor RGibbs mana oksidasi parsial dan

gasifikasireaksi terjadi. Karbon sebagian merupakan fase gas, yang mengambil bagian dalam

devolatisation, dan

karbon yang tersisa merupakan bagian dari fase padat. Sebuah panas yang sangat minimum

(Model ID: Q-GASIF)

diproduksi pada gasifikasi lolos dari proses melalui aliran panas. Model pemisah,

SEP2 (Model ID: SEP2) digunakan untuk abu terpisah dari campuran gas menggunakan

fraksinasi split

komponen.

2.3.2.4. Pembakaran

Untuk menyelesaikan proses gasifikasi, reaktor RGibbs lain digunakan dalam bagian

pembakarandengan pencampuran udara minimum. Proses pembakaran ini juga didasarkan pada prinsip

minimalisasi

Energi bebas Gibbs. Untuk mengidentifikasi komponen syngas dari oleh-produk, model

pemisah, SEP2

(Model ID: SEP3), digunakan.

Page 10

Energi2013,6

6517

3. Hasil dan Diskusi3.1.Validasi Model

Model simulasi yang dikembangkan telah divalidasi menggunakan data eksperimen untuk

MSW dan makanan

gasifikasi limbah dalam gasifier hybrid skala lab diterbitkan oleh Naveed et al.[11,17].

Mereka melakukan

eksperimen di sebuah pabrik percontohan yang terdiri dari gasifier, sistem pembuangan

pembersihan gas dan tar dan

suar pengaturan. Proses gasifikasi di dalam gasifier dibagi menjadi empat zona yang berbeda,

yaitu,pengeringan bunker, pirolisis, oksidasi dan daerah reduksi. Rincian proses dapat

ditemukan

dalam referensi [11,17].Simulasi ini dilakukan untuk komposisi syngas, seperti, H

2

, CO, CO

2

, CH

4

dan N

2

menggunakan

Kondisi percobaan untuk kedua MSWs dan sisa makanan. Model dan eksperimental hasilnya

ditunjukkan pada Tabel 3. Hal ini diamati dari Tabel 3 bahwa hasil model berada dalam

perjanjian baik dengan


14/21

hasil eksperimen. Lebih khusus lagi, hasil model over-memprediksi MSWs dan limbah

makanan oleh

3,61% dan 1,25%, masing-masing. Namun, perbedaan relatif maksimum komposisi syngas

ditemukan dalam 20% untuk kedua bahan baku. Tingkat konversi bahan bakar biomassa

untuk syngas yang

ditemukan 47,3% dan 43,5% untuk MSWs dan limbah makanan, masing-masing. Analisiskinerja

kemudian diperluas untuk sejumlah bahan baku lainnya (kayu, sekam biji kopi dan limbah

hijau) untuk

mengidentifikasi kondisi operasi yang dioptimalkan untuk setiap bahan baku.

Tabel 3.Eksperimental dan hasil simulasi untuk gasifikasi.

Feedstock

Pengukuran

H

2

CO

CO2

CH

4

N

2

LainnyaMSWs

Eksperimental (%)

4.58

14.89

8.4

1.54

67.34

3.3

Model (%)

5.2

18,5

7.75

1.32

62,38

2.7Perbedaan

+0.62

3,61

-0.65

-0.22

-5.0

-0.6

Perbedaan relatif (%)

13.53

24.24

7.7314.28


15/21

7.42

18.18

Limbah makanan

Eksperimental (%)

5.13

11.2910.13

2.56

67.01

3.88

Model (%)

4.89

12.09

11.38

3.2

65.72

2.72Perbedaan

-0.24

0,8

1,25

-0.64

-1.29

1.16

Perbedaan relatif (%)

4.67

7.08

12.33

25.0

1.92

29.89

Dengan menggunakan model divalidasi, pengaruh rasio udara-bahan bakar dan temperatur

gasifikasi pada gasifikasi

kinerja dipelajari untuk MSWs, limbah kayu, limbah hijau dan sekam biji kopi. Konversi

tingkat bahan baku yang berbeda (limbah kayu, limbah hijau dan sekam biji kopi) untuk

syngas bervariasi

dalam 40% sampai 64%. Sisa biomassa bertobat menghasilkan arang mayoritas (18% -24%),

dan sisanyaadalah O

2

, Uap dan abu dengan jumlah diabaikan argon, belerang, hidrogen sulfida dan amonia.

Angka 3-10 menunjukkan konsentrasi komposisi syngas (H

2

, CO, CO

2

dan CH

4

) Untuk berbagai

rasio udara-bahan bakar dan temperatur gasifikasi.3.2.Pengaruh Rasio Air-Fuel


16/21

Rasio udara-bahan bakar didefinisikan sebagai rasio jumlah udara yang dibutuhkan untuk

jumlah unit bahan bakar untuk

pembakaran sempurna. Rasio ini memiliki efek yang kuat pada produksi syngas. Dalam studi

ini, udara-bahan bakar

Rasio bervariasi 0,1-1,0 untuk setiap bahan baku sedangkan suhu gasifier adalah 700 C.

Efek

Page 11

Energi2013,6

6518rasio udara-bahan bakar pada komposisi syngas ditunjukkan pada Gambar 3-6 untuk MSWs,

limbah kayu, hijau

limbah sekam dan biji kopi, masing-masing. Ini dibahas di bawah:

MSWs: komposisi syngas yang dihasilkan dari gasifikasi MSW ditunjukkan pada Gambar 3

Hal ini dapat.

dilihat dari Gambar 3 bahwa konsentrasi CO2

meningkat (10% sampai 40%) dengan peningkatan rasio udara-bahan bakar

dan CO menurun (75% sampai 40%) setelah rasio udara-bahan bakar meningkat 0,3-1,0. Hal

ini juga dapat

terlihat bahwa konsentrasi H

2

menurun (10% sampai 2%), sedangkan CH

4

tidak berbeda dengan rasio udara-bahan bakar.

Gambar 3Pengaruh rasio udara-bahan bakar untuk limbah padat perkotaan (MSWs) (suhu

gasifier: 700 C)..Limbah kayu: komposisi syngas untuk limbah kayu ditunjukkan pada Gambar 4 Hal ini jelas

menunjukkan bahwa CO.

dan CO

2

meningkat konsentrasi (CO: 40% sampai 52% dan CO

2

: 10% sampai 13%) dengan kenaikan udara-bahan bakar

rasio 0,1-1, sedangkan H

2

menurun sedikit (5% hingga 3%). CH

4mengikuti tren yang sama seperti untuk MSWs.

Gambar 4Pengaruh rasio udara-bahan bakar untuk limbah kayu (suhu gasifier: 700 C)..

Page 12

Energi2013,6

6519Hijau limbah: konsentrasi CO menurun (80% sampai 65%) setelah rasio udara-bahan bakar

meningkat

0,3-1,0 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Hal ini juga dapat dilihat bahwa konsentrasi

H2


17/21

meningkat dari

10% sampai 20% dengan rasio peningkatan udara-bahan bakar 0,1-1. Namun konsentrasi CO

2

dan CH

4

tetap hampir konstan.Gambar 5Pengaruh rasio udara-bahan bakar untuk limbah hijau (suhu gasifier: 700 C)..

Biji kopi sekam: konsentrasi H

2

, CO

2

dan CH

4

sedikit bervariasi dengan rasio udara-bahan bakar sedangkan CO

meningkat (55% sampai 75%) dengan peningkatan rasio udara-bahan bakar 0,1-1,0 seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6Pengaruh rasio udara-bahan bakar untuk biji kopi sekam (suhu gasifier: 700 C)..Angka 3 dan 5 menunjukkan bahwa seperti yang diharapkan menurun CO (sekitar 75%

sampai 40%) dengan peningkatan

rasio udara-bahan bakar untuk MSWs dan limbah hijau yang dapat dikaitkan dengan kadar

air tinggi.

Sebaliknya, konsentrasi CO meningkat dengan meningkatnya rasio udara-bahan bakar untuk

limbah kayu dan

sekam biji kopi (Angka 4 dan 6) sampai dengan rasio udara-bahan bakar dari 0,3, maka tetap

hampir konstan. Itu

Page 13Energi2013,6

6520konsentrasi H

2

hanya berbeda sedikit dengan meningkatnya rasio udara-bahan bakar. Perlu dicatat bahwa

untuk kayu

limbah dan kacang sekam kopi, konsentrasi CO meningkat sebagai terduga dan / atau konstan

dengan

rasio udara-bahan bakar yang dapat dikaitkan dengan kadar air secara signifikan lebih rendah

daripada MSWs dan

limbah hijau. Dalam kasus MSWs, limbah hijau dan kacang sekam kopi, H2

menurun dengan meningkatnya

rasio udara-bahan bakar sedangkan meningkatkan untuk limbah kayu. Sebuah peningkatan

yang signifikan dari CO

2

diamati untuk MSWs.

Dalam kasus limbah kayu, limbah hijau dan sekam biji kopi, produksi CO

2

bervariasi

hanya sedikit. Konsentrasi CH

4

sangat rendah untuk setiap bahan baku. Kadar air asli


18/21

biomassa mempengaruhi komposisi syngas melalui reaksi air-gas dalam Persamaan (4) dan

pergeseran CO

Reaksi dalam Persamaan (5). Dalam reaksi air-gas, C bereaksi dengan uap dan menghasilkan

syngas

komponen: CO dan H

2. Secara berurutan, reaksi pergeseran CO menghasilkan CO

2

dan H

2

bereaksi dengan uap

dan CO Berdasarkan Angka 3-6, terlihat bahwa 0,3 adalah rasio udara-bahan bakar yang

paling cocok untuk melakukan unggun tetap

gasifikasi dari semua bahan baku yang diteliti,yaitu,untuk MSWs, limbah kayu, limbah

hijau dan sekam biji kopi,

karena perubahan trend mulai dari rasio udara-bahan bakar dari 0,3.

Dengan meningkatnya jumlah udara (O2

), Konversi C dalam meningkatkan bahan baku sampai tingkat tertentu.

Namun, jumlah kelebihan O

2

mengoksidasi bahan baku lengkap dan produksi syngas menurun.

Awalnya, jumlah CO dan H

2

meningkat karena tingkat konversi yang lebih tinggi dari bahan baku, tapi setelah

batas tertentu (0.3) produksi syngas menurun karena pembakaran sempurna dari bahan baku.

3.3.Pengaruh Suhu Gasifier

Suhu gasifikasi mengontrol keseimbangan reaksi kimia [18]. Efek dari

temperatur gasifikasi produksi syngas pada rasio udara-bahan bakar dari 0,3 (yaitu,rasio

udara-bahan bakar yang optimal)

ditunjukkan pada Gambar 7-10 untuk MSWs, limbah kayu, limbah hijau dan sekam biji kopi,

masing-masing.

Suhu gasifier divariasi dari 500 C sampai 1000 C. Angka-angka ini dijelaskan di bawah

ini:

MSWs: konsentrasi meningkat CO (75% sampai 90%) dengan meningkatnya suhu gasifier,

terutama setelah 650 C; sebaliknya, CO

2

menurun seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. H2

dan CH

4

keduanya bervariasi

sedikit dengan meningkatnya suhu.

Gambar 7Pengaruh suhu gasifier untuk MSWs (udara-bahan bakar rasio: 0,2)..

Page 14

Energi2013,6

6521Limbah kayu: seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8, konsentrasi CO sedikit meningkat

dengan peningkatan


19/21

Suhu gasifier, sedangkan H

2

, CO

2

dan CH

4mempertahankan tingkat hampir konstan.

Gambar 8Pengaruh suhu gasifier untuk limbah kayu (udara-bahan bakar rasio: 0,2)..

Limbah hijau: dapat dilihat dari Gambar 9 bahwa konsentrasi CO sedikit menurun dengan

meningkatkan suhu gasifier sampai suhu 650 C. Lalu ada sedikit peningkatan antara

suhu 650 C dan 750 C, setelah itu tetap hampir konstan. Konsentrasi CO

2

menurun dengan meningkatnya suhu gasifier, sedangkan H

2

tetap hampir sama.

Gambar 9Pengaruh suhu gasifier untuk limbah hijau.(Rasio udara-bahan bakar: 0,2).

Kopi sekam kacang: dalam kasus kacang sekam kopi, konsentrasi CO2

menurun pada gasifier

suhu 700 C, sedangkan untuk meningkatkan CO seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.

H

2

menunjukkan konstan

konsentrasi dengan meningkatnya suhu dan CH

4

sangat minim.

Page 15

Energi2013,6

6522

Gambar 10Pengaruh suhu gasifier untuk biji kopi sekam (udara-bahan bakar rasio: 0,2)..

Hal ini dapat dilihat dari Angka 7-10 bahwa, untuk setiap bahan baku, CO meningkat

konsentrasi dengan peningkatan

suhu gasifikasi sementara CO

2

konsentrasi mengikuti tren yang berlawanan. H

2

konsentrasimeningkat sedikit dengan peningkatan suhu gasifier. Konsentrasi CH

4

bervariasi hanya sangat

sedikit dengan peningkatan suhu gasifier. Berdasarkan model yang dikembangkan, teramati

bahwa

Suhu gasifier dari 700 C menyediakan kondisi ideal untuk MSWs, limbah kayu, limbah

hijau dan

sekam biji kopi.

Untuk setiap bahan baku, pada suhu rendah (kurang dari 600 C), keduanya terbakar C dan

CH

4

hadir dalam


20/21

komposisi syngas, dan C dalam bahan baku tersebut belum dimanfaatkan secara maksimal,

sehingga menghasilkan syngas sub-optimal

tingkat produksi, tetapi dengan meningkatnya suhu, C teroksidasi sepenuhnya dan ini

meningkatkan

tingkat produksi syngas. Menurut kimia gasifier dan reaksi Boudouard dalam Persamaan (3),

dengan meningkatnya temperatur operasi C diubah menjadi CO CH4

diubah menjadi H

2

dengan kebalikan dari

reaksi Methanation dalam Persamaan (6). Reaksi gas air dalam Persamaan (4) menunjukkan

bahwa tinggi

suhu meningkatkan produksi baik CO dan H

2

. Peningkatan H

2

Konsentrasi bisadijelaskan oleh reaksi endotermik dalam Persamaan (4), (8) dan (9), dan konsentrasi CO akan

meningkat karena reaksi endotermik dalam Persamaan (3), (4) dan (8) yang lebih dominan

daripada

reaksi eksotermis dalam Persamaan (2). Meskipun reaksi endotermik dalam Persamaan (9)

melepaskan CO

2

(Dan CO

2

Konsentrasi harus meningkatkan), CO

2

konsentrasi menurun karena suhu

meningkat. Hal ini karena reaksi endotermik pada persamaan (3) adalah lebih dominan,

menempatkan

Reaksi terhadap hak, dan mengakibatkan peningkatan CO dan penurunan CO

2

karena suhu

meningkat [10,19]. Kecenderungan serupa telah diamati dalam literatur [9,10]. Dalam kasus

MSWs dan

limbah hijau, produksi CO

2

konsentrasi sedikit kurang dari untuk limbah kayu dan kopisekam kacang.

4. KesimpulanModel gasifier unggun tetap terpadu telah dikembangkan selama empat bahan baku biomassa

yang berbeda,

yaitu MSWs, limbah hijau, limbah kayu dan sekam biji kopi, menggunakan Aspen Plus.

Diprediksi

Page 16

Energi2013,6

6523Data model dibandingkan dengan data eksperimen dari Naveed et al.[10] untuk membangun

model.


21/21

Data simulasi yang ditemukan dalam perjanjian yang adil dengan data eksperimen yang

menunjukkan

Model yang dikembangkan mampu memprediksi kinerja gasifier lebih akurat berbagai

kondisi operasi. Analisis kinerja lebih lanjut dilakukan untuk MSWs, limbah kayu, limbah

hijau

dan kacang sekam kopi. Pengaruh rasio udara-bahan bakar dan suhu gasifier pada gasifikasikinerja dianalisis, didiskusikan dan dibandingkan untuk mengidentifikasi kondisi operasi

yang paling cocok

dengan MSWs, limbah hijau, kacang sekam kopi dan limbah kayu. Hasil berikut telah

diidentifikasi:

(1) suhu gasifier dari 650 C dan rasio udara-bahan bakar dari 0,3 adalah kombinasi yang

baik dari operasi

kondisi untuk semua empat bahan baku; (2) konsentrasi CO dari 60% -75% dapat dicapai

pada gasifier

suhu 650 C sampai 800 C; (3) rasio udara-bahan bakar lebih dari 0,3 menyediakan

penurunan CO

konsentrasi untuk MSWs dan limbah hijau, sedangkan konsentrasi CO meningkat denganpeningkatan

dalam rasio udara-bahan bakar untuk limbah makanan dan kacang sekam kopi; dan (4)

konsentrasi H

2

menurun sampai

temperatur gasifikasi mencapai 700 C, kemudian meningkat dengan peningkatan suhu.

Yang dikembangkan

Model dapat berguna untuk bahan baku biomassa lainnya untuk memprediksi komposisi

syngas

analisis kinerja suatu bed gasifier terpadu tetap

Documents