analisis kinerja suatu bed gasifier terpadu tetap
DESCRIPTION
semoga manfaatTRANSCRIPT
-
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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.
-
5/19/2018 Analisis Kinerja Suatu Bed Gasifier Terpadu Tetap
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