Gasification and mathematical modelling of solid fuels in a downdraft gasifier - Aydın, Ebubekir Sıddık (Gebze Teknik Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2019)
Bu tez, farklı eşdeğer hava yakıt oranı değerlerinde (ER) üretilen sentez gazının kimyasal bileşimini, katran ve çar verimini öngörmek için bir stokiyometrik denge modelini (SEM) önermektedir. Aşağı akışlı gazlaştırıcıyı modellemek için genel stokiyometrik denge yaklaşımı kullanılmıştır. Kuru sentez gazı bileşimini tahmin etmek için üç farklı sitokiyometrik denge modeli geliştirilmiştir. Bu modeller çeşitli kaynaklardan toplanan büyük miktarda veri ile karşılaştırılarak doğrulanmış ve modifiye edilmiştir. Metanasyon ve su-gaz kaydırma reaksiyonlarına ait denge sabitlerini değiştirmek için, gazlaştırma sıcaklığı, denge sıcaklığı ve eşdeğer hava yakıt oranının fonksiyonu olan iki düzeltme korelasyonu oluşturulmuştur. Modifiye edilmiş modeller, üretici gaz içerisinde yer alan tüm gaz türlerinin konstantrasyonu ve katran miktarının tahmininde açık bir gelişme göstermektedir. Daha sonra, hidrojen bakımından zengin sentez gazı üretimi ile ER, gazlaştırma sıcaklığı ve biyokütle nem içeriği gibi gazlaştırma parametreleri arasındaki ilişki incelenmiştir. Bu tez sırasında geliştirilen stokiyometrik denge modeli, odunsu biyokütleden elde edilen optimum hidrojen üretimini, termodinamik denge limitlerini göz önünde tutarak sabit yataklı bir aşağı akışlı gazlaştırıcıda araştırmak için kullanılmıştır. Farklı oksitleyici maddelerin, üretici gazındaki hidrojen konsantrasyonu üzerindeki etkileri ile çeşitli hava biyokütle, oksijen-biyokütle ve buhar-biyokütle oranlarının etkisi incelenmiştir. Teorik sonuçlar, gazlaştırma işleminin, özellikle gazlaştırma ortamı olarak hava-buhar karışımını kullanıldığında, hidrojen üretimi için kullanılabileceğini açıkça göstermektedir. Son olarak, çam kozalak parçacıklarının ve odun peletlerinin, oksitleyici madde olarak hava kullanılarak, 10 kWh pilot ölçekli reaktörde gazlaştırılması araştırılmıştır. Çam kozalağı parçacıklarının gazlaştırılmasıyla üretilen sentez gazının, temiz enerji üretimi için alternatif enerji taşıyıcısı olabileceği bulunmuştur.

This thesis proposes a stoichiometric equilibrium model (SEM) to estimate the chemical composition of the syngas, tar and char yield produced by a downdraft gasifier for various wood-based fuels for different equivalence ratios (ER). Global stoichiometric equilibrium approach is used to model a downdraft gasifier. In order to estimate dry gas composition, three different SEM models have been constructed. Those models were validated and modified through comparison with a large amount of data collected from various sources. Two correction factors were introduced for altering the equilibrium constant of methanation and the water-gas shift reaction as a function of gasification temperature, equilibrium temperature, and ER. The modified model presents a clear enhancement in the prediction of the concentration for all gaseous species in the producer gas and tar yield. After that, the relation between hydrogen-rich syngas production and the gasification parameters such as ER, gasification temperature and biomass moisture content were studied. SEM that developed during this thesis was used to investigate the optimum hydrogen output generated from woody biomass in a fixed bed downdraft gasifier by considering the thermodynamic equilibrium limit. The effects of different oxidizing agents on the hydrogen concentration in the product gas as well as the effect of various air-biomass, oxygen-biomass, and steam-biomass ratios were investigated. The theoretical results clearly show that the gasification process especially that uses the air-steam mixture as the gasification medium can be used for hydrogen production. Finally, an investigation of gasification of pine cones particles and wood pellets in a pilot scale 10kWth downdraft fixed bed gasifier using air as an oxidizing agent was carried out. It was found that syngas produced by gasification of pine cones particles would be a clean alternative energy carrier for the production of clean energy.
Katı yakıtların aşağı akışlı gazlaştırıcıda gazlaştırılması ve matematiksel modellenmesi
Keywords: Kimya Mühendisliği; Chemical Engineering