Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers (한국농공학회논문집)

The Korean Society of Agricultural Engineers (한국농공학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

The Impacts of Operational Conditions on Charcoal Syngas Generation using a Modeling Approach

구동 조건에 따른 숯 합성가스 생산 효과 모델링

  • Wang, Long (Graduate School of Bio & Information Technology, Hankyong National University) ;
  • Hong, Seong Gug (Department of Bioresource and Rural Systems Engineering, Institute of Rural and Environmental Science, Hankyong National University)
  • Received : 2013.05.28
  • Accepted : 2013.07.05
  • Published : 2013.07.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

바이오매스 가스화는 세계적인 증가 추세에 있는 에너지 수요를 충족할 수 있는 기술 중의 하나이다. 바이오매스 가스화를 통해서 농업 폐기물 등 다양한 바이오매스 자원을 에너지로 전환할 수 있고 $CO_2$ 배출량 또한 줄일 수 있다. 본 연구에서는 COMSOL$^{(R)}$ 3.4 소프트웨어를 이용하여 바이오매스 원료와 운전 조건에 따른 가스화 효율 및 합성가스 조성의 변화를 분석하였다. 원료와 구동조건을 최적화하기 위해 가스화 모델을 세우고 원료와 구동조건을 달리하여 합성가스의 성분을 분석 및 예측하였다. 이 모델은 물리적인 실험을 통해 알고 있는 조건을 통해서 합성가스 성분을 시간에 따라 예측할 수 있다. 모델을 이용하여 함수비 5~30 %, 공기중 산소함량 5~50 %, 공기공급 유량 5~45 L/min, 온도 973~1273 K의 조건에서 합성가스의 성분을 예측한 결과 실제 실험 결과와 일치하는 것을 알 수 있다. 모델링 결과 양질의 합성가스를 생산하려면 원료의 회분함량이 적어야 하고 수소 함량이 높은 합성가스를 생산하려면 반응 온도가 높게 유지되고 원료의 함수비가 높아야 한다. 가스화장치의 온도를 높이면 합성가스의 성분 중 CO의 함량이 많아지고, CO의 함량이 많아지면 가스의 발열량이 높아지는 것을 알 수 있다. 또한 CO의 농도가 높고 발열량이 높은 합성가스를 생산하기 위해서는 ER값은 작아야 한다.

Keywords

References

  1. FAQ, 1986. Wood gas as engine fuel. FAO forestry paper; Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations.
  2. Gaddy, J. L., Clausen, and Edgar C., 1992. Clostridium ljungdahlii, an anaerobic ethanol and acetate producing microorganism, The Board of Trustees of the University of Arkansas (Little Rock, AR): United States.
  3. Hong, S. G., 2005. Production and Effective Use of Fuel Gas from Agricultural Biomass, Ministry of Agriculture (in Korean).
  4. Jain., S. C. A., 2007. A review of Fixed Bed Gasification Systems for Biomass. Agricultural Engineering International: the CIGR Ejournal, April, 2007.
  5. Wang, Y. and C. M. Kinoshita, 1993. Kinetic model of biomass gasification. Solar Energy 51(1): 19-25. https://doi.org/10.1016/0038-092X(93)90037-O
  6. Sharma, A. K., 2008. Equilibrium modeling of global reduction reactions for a downdraft (biomass) gasifier. Energy Conversion and Management 49(4): 832-842. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2007.06.025
  7. Tinaut, F. V., et al., 2008. Effect of biomass particle size and air superficial velocity on the gasification process in a downdraft fixed bed gasifier. An experimental and modelling study. Fuel Processing Technology 89(11): 1076-1089. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2008.04.010
  8. Nguyen, T. D. B., et al., 2009. Application of urea-based SNCR to a municipal incinerator: On-site test and CFD simulation. Chemical Engineering Journal 152(1): 36-43. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.03.025
  9. Babu, B. V. and P. N. Sheth, 2006. Modeling and simulation of reduction zone of downdraft biomass gasifier: Effect of char reactivity factor. Energy Conversion and Management 47(15-16): 2602-2611. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2005.10.032
  10. Sivakuma, S., K. Pitchandi, and E Natarajan, Design and Analysis of Downdraft Biomass Gasifier using Computational Fluid Dynamics, http://api.ning.com.
  11. Wikipedia, Gasification, http://en.wikipedia.org.
  12. Wang, L. 2010. Modeling biomass gasification for simulating the effects of feedstock and operation conditions on producer gas composition. MS D thesis. Department of Bioresource and Rural Systems Engineering, Hankyong National University.
  13. COMSOL Reaction Engineering Lab User's Guide.
  14. NASA polynomials coefficients, http://www.me.berkeley.edu.

Cited by

  1. Estimation of Synthesis Gas Composition by Biomass Fuel Conditions using Thermodynamic Equilibrium Model vol.57, pp.1, 2015, https://doi.org/10.5389/KSAE.2015.57.1.079