Szacowanie wartości opałowej i ciepła spalania gazu syntezowego powstającego w procesie zgazowywania karbonizatu otrzymanego z osadów ściekowych

• Autorzy: Stępień P. , Pulka J. , Białowiec A.

Warianty tytułu

EN

Estimation of lower Heating value and higher heating value of syngas from carbonized sewage sludge gasifi cation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym ze sposobów zagospodarowania osadów ściekowych może być ich zgazowywanie po wcześniejszej toryfikacji. W pracy przedstawiono wyniki symulacji procesu zgazowania karbonizatu uzyskanego podczas toryfikacji osadu ściekowego. Modelowanie procesu zgazowywania karbonizatu przeprowadzono w zakresie temperatury od 973 K do 1473 K, przy zastosowaniu powietrza jako czynnika zgazowującego. W każdej z temperatur przeprowadzono dziesięć symulacji, podczas których zmieniano wartość stosunku molowego tlenu do węgla (O/C). Uzyskane wyniki wykazały, że karbonizat otrzymany w procesie toryfikacji osadu ściekowego przez 60 min w temperaturze 533°K pozwolił na uzyskanie w temperaturze zgazowywania 973 K i przy stosunku molowym O/C=0,1 gazu syntezowego o największej wartości ciepła spalania (16,44 MJ/m3). Przeprowadzona analiza regresji wielokrotnej pozwoliła określić wpływ parametrów technologicznych (temperatura, stężenie czynnika zgazowującego) na uzyskane wartości ciepła spalania i wartości opałowej otrzymanego gazy syntezowego. Wykazano, że zmienną wpływającą w istotny sposób na proces zgazowania karbonizatu było stężenie czynnika zgazowującego, przy czym wraz z jego wzrostem następowało pogorszenie właściwości paliwowych gazu syntezowego. Parametrem technologicznym wpływającym nieistotnie na ten proces okazała się temperatura zgazowywania karbonizatu, ponieważ wraz z jej wzrostem nie odnotowano większych zmian w kaloryczności uzyskiwanego gazu syntezowego.

EN

One of the methods of sewage sludge management may be its gasification with prior torrefaction. Simulation results of gasification of the carbonized sewage sludge obtained in the process of torrefaction were presented. Modeling of the carbonized sludge gasification process was performed in temperatures ranging from 973 K to 1473 K with air applied as a gasifying agent. Ten simulations were performed at each temperature, during which the molar ratio of oxygen to carbon (O/C) was varied. The results showed that the carbonized sludge obtained by torrefaction for 60 min at 533 K allowed for production of syngas with the highest heating value (16.44 MJ/m3) at gasification temperature of 973 K and the molar ratio O/C=0.1. Multiple regression analysis allowed for determination of statistical significance of technological parameters (temperature, concentration of gasifying agent) on both the lower heating value (LHV) and the higher heating value (HHV) of syngas produced. The obtained results demonstrated that a variable that significantly influenced the gasification process was the gasification agent concentration. With its increase, the fuel properties of syngas deteriorated. There were no more significant changes in calorific value of the obtained syngas with the increase in temperature, therefore temperature was the technological parameter considered to affect the process in a less significant manner.

Słowa kluczowe

PL

osady ściekowe; toryfikacja; zgazowywanie; gaz syntezowy; tlen; dwutlenek węgla; siarkowodór; azot

EN

sewage sludge; torrefaction; gasification; syngas; oxygen; carbon dioxide; hydrogen sulfide; nitrogen

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 40, nr 1
• Strony: 45--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stępień P.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wydział Przyrodniczo-Technologiczny, Zakład Niskoemisyjnych Źródeł Energii i Gospodarki Odpadami, ul. Józefa Chełmońskiego 37a, 51-630 Wrocław

autor

Pulka J.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wydział Przyrodniczo-Technologiczny, Zakład Niskoemisyjnych Źródeł Energii i Gospodarki Odpadami, ul. Józefa Chełmońskiego 37a, 51-630 Wrocław

autor

Białowiec A.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wydział Przyrodniczo-Technologiczny, Zakład Niskoemisyjnych Źródeł Energii i Gospodarki Odpadami, ul. Józefa Chełmońskiego 37a, 51-630 Wrocław

Bibliografia

• 1. A. GROBELAK, W. STĘPIEŃ, M. KACPRZAK: Osady ściekowe jako składnik nawozów i substytutów gleb. Inżynieria Ekologiczna 2016, nr 48, ss. 52–60.
• 2. Ochrona Środowiska 2017. Informacje i Opracowania Statystyczne, GUS, Warszawa 2017, tab. 61(107), s. 193.
• 3. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 1 września 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach. Dziennik Ustaw RP 2015, poz. 1277.
• 4. J. PULKA, D. WIŚNIEWSKI, J. GOŁASZEWSKI, A. BIAŁOWIEC: Is the biochar produced from sewage sludge a good quality solid fuel? Archives of Environmental Protection 2016, Vol. 42, No. 4, pp. 125–134.
• 5. M. J. PRINS: Thermodynamic Analysis of Biomass Gasification and Torrefaction. Ph. D. Thesis, Technische Universiteit Eindhoven, Eindhoven (Netherlands) 2005.
• 6. Review of Technologies for Gasification of Biomass and Wastes. Final report NNFCC project 09/008, E4tech, Lausanne (Switzerland) 2009.
• 7. T. CHMIELNIAK, A. SOBOLEWSKI, G. TOMASZEWICZ: Zgazowanie węgla przy wykorzystaniu CO2 jako czynnika zgazowującego: Doświadczenia IChPW. Przemysł Chemiczny 2015, vol. 94, nr. 4, ss. 442–448.
• 8. E. KLIMIUK, M. PAWŁOWSKA, T. POKÓJ: Biopaliwa – technologia dla zrównoważonego rozwoju. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2012.
• 9. P. BASU: Biomass Gasification and Pyrolysis. Practical Design and Theory. Elsevier, 2010.
• 10. A. M. RADWAN: An overview on gasification of biomass for production of hydrogen rich gas. Der Chemica Sinica 2012, No. 3, pp. 323–335.
• 11. K. J. PTASINSKI: Efficiency of Biomass Energy: An Exergy Approach to Biofuels, Power, and Biorefineries, John Wiley&Sons, Hoboken (NJ, USA) 2016.
• 12. A. KUMAR, D. D. JONES, M. A. HANNA: Thermochemical biomass gasification: A review of the current status of the technology. Energies 2009, No. 2, pp, 556–581.
• 13. B. N. MADANAYAKE, S. GAN, C. EASTWICK: Thermochemical and structural changes in Jatropha curcas seed cake during torrefaction for its use as coal co-fi ring feedstock. Energy 2016, Vol. 100, pp. 262–272.
• 14. C. MORLEY: Gaseq – a chemical equilibrium program for Windows (http://www.gaseq.co.uk).
• 15. L. WALDHEIM, T. NILSSON: Heating value of gases from biomass gasification. TPS Termiska Processer AB, Nyköping (Sweden) 2001.
• 16. A. MIDILLI, M. DOGRU, C. R. HOWARTH, M. J. LING, T. AYHAN: Combustible gas production from sewage sludge with a downdraft gasifier. Energy Conversion and Management 2001, Vol. 42, No. 2, pp. 157–172.
• 17. Gasification of Sludge and Biosolids – a Review of Technology Fundamentals and the Current Commercial Status (http://www.pncwa.org/assets/2012Conf/Presentations/Ses sion_20_Energy_Recovery/winkler_gasification_sludge_biosolids.pdf).
• 18. J. W. JUDEX, M. GAIFFI, H. C. BURGBACHER: Gasification of dried sewage sludge: Status of the demonstration and the pilot plant. Waste Management 2012, Vol. 32, No. 4, pp. 719–723.
• 19. Y.-K. CHOI, T.-Y. MUN, M.-H. CHO, J.-S. KIM: Gasification of dried sewage sludge in a newly developed threestage gasifier: Effect of each reactor temperature on the producer gas composition, and impurity removal. Energy 2016, Vol. 114, pp. 121–128.
• 20. A. M. ERIKSSON: Torrefaction and gasification of biomass. Master Thesis, Royal Institute of Technology, Stockholm 2012.
• 21. J. KOZACZKA: Procesy zgazowania: inżynierskie metody obliczeń. Wydawnictwo AGH, Kraków 1994.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).