来源:Frontiers of Agricultural Science & Engineering 发布时间:2023/12/7 16:01:29
选择字号:
FASE | 前沿研究:以牛粪为原料的生物质气化过程模拟研究

论文标题:NUMERICAL MODELING OF BIOMASS GASIFICATION USING COW DUNG AS FEEDSTOCK(以牛粪为原料的生物质气化过程模拟研究)

期刊:Frontiers of Agricultural Science & Engineering

作者:Yajun ZHANG, Sen YAO, Jianjun HU, Jiaxi XIA, Tao XIE, Zhibin ZHANG, Hai LI

发表时间:15 Sep 2023

DOI:10.15302/J-FASE-2023500

微信链接:点击此处阅读微信文章

畜禽废弃物资源化与碳中和

Valorization of Livestock Waste and Carbon Neutrality

专 辑 文 章 介 绍

· 第九篇 ·

▎论文ID

Numerical modeling of biomass gasification using cow dung as feedstock

以牛粪为原料的生物质气化过程模拟研究

发表年份:2023年

第一作者:张亚军

通讯作者:姚森

:yaosen@henau.edu.cn

作者单位:河南农业大学机电工程学院,农业农村部可再生能源新材料与装备重点实验室

Cite this article :

Yajun ZHANG, Sen YAO, Jianjun HU, Jiaxi XIA, Tao XIE, Zhibin ZHANG, Hai LI. NUMERICAL MODELING OF BIOMASS GASIFICATION USING COW DUNG AS FEEDSTOCK. Front. Agr. Sci. Eng., 2023, 10(3): 458467 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2023500

· 文 章 摘 要 ·

河南农业大学胡建军教授团队研究生张亚军和姚森副教授等人,利用Aspen Plus软件,基于吉布斯自由能最小化,建立针对牛粪热解气化过程的生物质气化模型并开展了相关研究。通过改变气化温度、蒸汽/生物质比和压力等参数来评估所得合成气的H2/CO比和低热值(LHV)。模拟结果表明,气化温度的升高有利于H2和CO含量的提升,H2在900 ℃时达到峰值。蒸汽作为气化剂时,H2产量增高,但是,蒸汽/生物质比的增加会对降低产物中CO和CH4的比例,导致LHV降低。

· 文 章 亮 点 ·

1. 使用Aspen Plus软件评估牛粪的热解气化过程。

2. 利用最佳反应条件使产氢量最大化。

3. 以水蒸气为气化剂能有效地提高氢气产量。

4. 存在最优的反应条件以平衡产物气体的H2/CO比和低热值的悖论。

· Graphical abstract ·

· 研 究 内 容 ·

▎研究背景

畜禽粪便是畜牧业的废弃产物,与其他生物质相比较,其产量不受天气、季节变化等影响,且具有再生性强、资源丰富等特点。畜禽粪便大多具有高水分含量,也可以有效地促进蒸汽气化,从而达到更高的氢气产量。因此使用畜禽粪便作为气化原料具有很高的前景,并且能有效的缓解化石能源带来的环境污染问题。

气化过程的复杂性和可变性导致实验中气化装置的结构复杂。同时,该工艺受到现场试验条件和气化装置的限制,难以完全掌握气化特性。然而,模拟方法的分析和预测可以有效地弥补实验系统中的固有缺陷。因此,开发气化模型有助于优化气化过程。本研究使用Aspen Plus软件评估畜禽粪便的气化过程,在不同操作条件下(温度、蒸汽/生物质比、压力)进行研究,以优化气化过程中的关键参数从而产生最佳的气化产物,并将模型的数据与实验数据进行比较来反映模型的可靠性。

▎模型简介

本文利用热解(RYield)和气化(RGibbs)两个反应器对粪便气化过程进行模拟。RYield反应器模块是一个简单的计算收率的反应器,它的作用是将粪便分解成单元素分子。RGibbs反应器模块是基于Gibbs自由能最小化原理的气化反应器,它的作用是处理粪便的燃烧和还原。气化过程的流程图如图1所示。

图1 生物质气化流程图。

畜禽粪便原料在系统中被视为非常规组分,首先进入到RYield模块中进行热解,热解的产物为常规的单元素分子(C、H2、O2、N2、S、H2O和灰分)。然后与蒸汽一同进入RGibbs反应器中进行气化,气化产物经旋风分离器分离出灰分,并经过闪蒸得到干燥合成气和水蒸气。

· 结 论 ·

本文探讨了气化温度、蒸汽/生物质比、压力对合成气的组成影响以得到最佳的操作条件,并通过研究合成气的热值和H2/CO比来探讨合成气的品质。结果表明:(1)气化温度为900 ℃,蒸汽/生物质比为1.0,压力为一个大气压0.1 Mpa时,是最适合生物质气化的工艺条件。(2)提高温度会降低H2/CO比,而提高蒸汽/生物质比会提高H2/CO比。相对来说提高蒸汽/生物质比的影响结果更大,因为H2O可以为反应提供更多的H2来源。(3)合成气的LHV随温度升高呈上升趋势,这与吸热的boudouard反应和水气变换反应有关。(4)开发的模型可用于其他生物质原料预测合成气组成,也可以允许开发有关改进生物质气化过程的其他研究。

美编 | 冯晨晨

编辑 | 唐静月 李云舟

审稿 | 许建香

阅读原文请点击“NUMERICAL MODELING OF BIOMASS GASIFICATION USING COW DUNG AS FEEDSTOCK”

免费下载专辑文章请点击“畜禽废弃物资源化与碳中和”

《前沿》系列英文学术期刊

由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》(Frontiers)系列英文学术期刊,于2006年正式创刊,以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题,是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群,其中12种被SCI收录,其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录,具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式,保证文章以最快速度发表。

中国学术前沿期刊网

http://journal.hep.com.cn

 
 
 
特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用,须保留本网站注明的“来源”,并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜,请与我们接洽。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
银河系发现巨大黑洞 史上最亮伽马射线暴来自一颗坍缩的恒星
中国天眼揭秘宇宙“随机烟花” 导师:年年审毕业论文,总有这些问题!
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文