Συντάχθηκε 05-07-2021 10:25
Τόπος: Εξ’ αποστάσεως - Ανοιχτή στο κοινό
Σύνδεσμος τηλεδιάσκεψης
Έναρξη: 09/07/2021 09:00
Λήξη: 09/07/2021 10:00
Τίτλος: Παραμετρική μελέτη για την αύξηση της απόδοσης σε αέριο σύνθεσης από αεριοποίηση στερεών καυσίμων, μέσω ανακύκλωσης των παραπροϊόντων και καταλυτών. Θερμική ανάλυση και μοντελοποίηση.
Εξεταστική Επιτροπή:
Βάμβουκα Δέσποινα, Καθηγήτρια ΜΗΧΟΠ (Επιβλέπουσα)
Γαλετάκης Μιχαήλ, Καθηγητής ΜΗΧΟΠ
Σφακιωτάκης Στυλιανός, ΕΔΙΠ ΜΗΧΟΠ
Περίληψη:
Στα πλαίσια της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής, μελετήθηκε η αεριοποίηση βιοεξανθρακωμάτων αγροτικών (υπολείμματα βάμβακος, στέμφυλα, ηλίανθος), δασικών (πευκοβελόνες) και βιομηχανικών (πριονίδι, RDF) αποβλήτων και των μιγμάτων τους, με διοξείδιο του άνθρακα. Στόχος ήταν να εξετασθεί η θερμική τους συμπεριφορά, η αντιδραστικότητά τους, ο βαθμός μετατροπής τους σε αέριο καύσιμο, καθώς και ο καθορισμός των κινητικών παραμέτρων της διεργασίας. Η επίδραση της δομής των πόρων, των χημικών ομάδων και των ανόργανων συστατικών, καθώς και η προσθήκη καταλυτών και βιοελαίου, μελετήθηκαν κατά την αεριοποίηση. Τα πειράματα διεξήχθησαν σε σύστημα διαφορικής θερμικής ανάλυσης (TG/DTG). Οι καταλύτες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν Li2CO3, K2CO3, CaO σε ποσοστά 10-30% κ.β.. Για την κινητική ανάλυση της αεριοποίησης, αναπτύχθηκε ένα μαθηματικό μοντέλο ανεξάρτητων παράλληλων αντιδράσεων.
Διαπιστώθηκε ότι η αντιδραστικότητα των εξανθρακωμάτων ήταν η ακόλουθη: υπολείμματα βάμβακος>πριονίδι>ηλίανθος>στέμφυλα>RDF>πευκοβελόνες. Τα υπολείμματα βάμβακος παρουσίασαν τον υψηλότερο ρυθμό αντίδρασης, ενώ το πριονίδι είχε την υψηλότερη απόδοση σε CO. Η ανάμιξη των βιομηχανικών αποβλήτων με τα αγροτικά και δασικά απόβλητα αύξησε την απόδοση σε CO. Προκειμένου να πραγματοποιηθεί η αντίδραση Boudouard απαιτήθηκε υψηλή ενέργεια ενεργοποίησης, η οποία κυμάνθηκε από 120 kJ/mole έως 298 kJ/mole. Παρουσία καταλυτών, η απόδοση σε CO αυξήθηκε κατά 1-76%, ενώ η μέγιστη θερμοκρασία της αεριοποίησης, ο ρυθμός της αντίδρασης και η ενέργεια ενεργοποίησης παρουσίασαν μείωση. Η σειρά ενεργότητας των καταλυτών ήταν η εξής: CaO> K2CO3> Li2CO3. Ακόμα, η μίξη των δειγμάτων με βιοέλαιο αύξησε σημαντικά την απόδοση σε CO. Παράλληλα, η αεριοποίηση των μιγμάτων παρουσία του CaO (10% κ.β.) ως καταλύτη, αύξησε την απόδοση περαιτέρω κατά 3-26%. Το μοντέλο έκανε πολύ καλή προσαρμογή των πειραματικών δεδομένων.
Abstract
The gasification of agricultural, forestry and industrial waste biochars with CO2 was examined, in order to evaluate the thermal behavior, the reactivity, the conversion to fuel gas and the kinetic parameters of the process. The influence of pore structure, chemical functional groups, inherent mineral matter, external catalysts and bio-oil blending was examined. The gasification experiments were conducted in TG/DTG thermogravimetric analyzer. The catalysts used were Li2CO3, K2CO3, CaO at 10-30% wt. For the kinetic analysis an independent parallel reactions model was developed.
The reactivity of the biochras was ranked as follows: cotton residues > sawdust > sunflower > grape husks > RDF > pine needles. Cotton residues presented the highest reaction rate, while sawdust the highest yield of CO. The yield of CO was increased by mixing the agricultural and forestry wastes with industrial wastes. High activation energy was required in order for the Boudouard reaction to take place, which ranged from 120 kJ/mole to 298 kJ/mole. In presence of catalysts, the yield of CO was increased up to 76% and the maximum gasification temperature, the reaction rate and the activation energy were decreased. The catalytic activity followed the order: CaO> K2CO3> Li2CO3. Furthermore, blending of biochars with bio-oil increased the yield of CO significantly. The gasification of mixtures, by addition of CaO (10% wt) as catalyst, increased the yield of CO by 3-26%. The kinetic model fitted the experimental results with great accuracy.
