شبیه سازی عددی فرایند گازی‌سازی مخلوط آسفالت-آب در یک گازساز جریان حامل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 هیات علمی دانشکده مهندسی هوافضای دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی

2 کارشناس ارشد مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی- دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضای دانشگاه آزاد-واحد علوم و تحقیقات تهران

چکیده


در این مقاله شبیه‌سازی عددی فرایند گازی­ سازی آسفالت آبکی (ذرات آسفالت مخلوط­شده با آب) به­ عنوان یک سوخت مایع سنگین نفتی در داخل یک گازساز تک ­مرحله­ای جریان حامل، با استفاده از نرم افزار تجاری انسیس فلوئنت نسخه 15، در یک هندسه دو­بعدی و بر اساس رویکرد اویلری-لاگرانژی انجام شده است. در این شبیه‌سازی توزیع سرعت، توزیع دما و توزیع کسر مولی گونه­ های گاز سنتز، محاسبه شده­ اند. اثر مدل های مختلف فرار زدایی، اندازه ذرات فاز گسسته و همچنین برای اولین بار اثر استفاده از ذرات غیرکروی در فاز گسسته برروی پارامترهای گازی‌سازی بررسی شده‌اند. نتایج به­ دست آمده از این تحقیق مشخص کرد که مخلوط آبکی آسفالت می‌تواند به ­عنوان خوراک مناسبی برای گازی‌سازی استفاده شود. در بررسی ذرات غیرکروی مشخص شد در صورت استفاده از ذرات با فاکتور شکل یک­ دهم، که بیشترین تفاوت را با ذرات کروی دارند، دمای محفظه اندکی افزایش و دمای بیشینه در فاصله نزدیک­تری نسبت به ورودی ماده خوراک حاصل می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of asphalt water slurry gasification process in an entrained flow gasifier

نویسندگان [English]

  • Hossein Mahdavy-Moghaddam 1
  • Kamran Yousefi Mojir 2
1 Department of Aerospace Engineering, K. N. Toosi, Tehran-Iran
2 Department of Mechanical & Aerospace Engineering
چکیده [English]

In this paper, numerical simulation of asphalt water slurry gasification process as a heavy fuel oil in a single stage gasifier, using the commercial Ansys fluent software, in a two-dimensional geometry And based on the Eulerian-Lagrangian approach has been done. In this simulation, the distribution of velocity, temperature distribution and molar fraction distribution of synthesis gas species have been calculated. The effect of different devolatalization models, the discrete phase particle size on gasification, and also for the first time, the effect of the use of discrete phase non-spherical particles on gasification parameters has been investigated. The results of this study showed that the water mixture of asphalt can be considered as a suitable feed for gasification. In the study of non-spherical particles it was also found that if the particles with a shape factor of 0.1, which have the greatest difference with spherical particles, are used, the temperature of the chamber slightly increases and the maximum temperature is more distant than the feed intake.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heavy fuels oil
  • Entrained flow
  • gasification
  • discrete phase
  1. J. Rezaiyan, N. P. Cheremisinoff, Gasification Technologies A Primer for Engineers and Scientists, Boca Raton, Florida, CRC press, Taylor & Francis Group, 2005
  2. H. Watanabe, M. Otaka, S. Hara, M. Ashizawa, K. Kidoguchi, J. Inumaru, “Modelling and simulation for extra heavy oil gasification on entrained flow gasifier,” in international joint power generation, Phoenix, USA, 2002.
  3. M. Ashizawa, S. Hara, K. Kidoguchi, J. Inumaru, “Gasification characteristics of extra-heavy oil in a research-scale gasifier,” Energy, vol. 30, no. 11, 2005, pp. 2194-2205.
  4. M. Banisaeed, A. Rezaee-Manesh, “A parametric study for gasification of liquid fuels,” PETROLEUM SCIENCE AND TECHNOLOGY, 34, 2016, pp. 976-979.
  5. L. Xingying, Z. Hanbin, G. Jinsen, “CFD simulation on the gasification of asphalt water slurry in a intrained gasifierPet.Sci., 11, pp. 308-317, 2014.
  6. W. P. Jones, R. P. Lindstedt “Global reaction schemes for hydrocarbon combustion,Combustion and flame, 73, 3, 1988, pp. 233-249.
  7. C. K. Westbrook, F. L. Dryer, “Simplified reaction mechanism for the oxidation of hydrocarbon fuels in flames,” Combustion Science and Technology, 27, 1-2, 1981, pp. 31-34.
  8. F. Bustamante, R. M. Enick, R. P. Killmeyer, et al. “Uncatalyzed and wall catalyzed forward water-gas shift reaction kinetics”, AIChE Journal, 51, 5, 2005, pp.1440-1454
  9. A. Silaen, T. Wang, “Effect of turbulence and devolatilization models on coal gasification simulation in an entrained-flow gasifier,” International Journal of Heat and Mass Transfer, 53, 9-10, 2010, pp. 2074-2091.
  10. Ansys Fluent 15.0 Theory Guide, 2013.
  11. X. Gao, Y. Zhang, B. Li, X. Yu, “Model development for biomass gasification in an entrained flow gasifier using intrinsic reaction rate submodel,”Energy Conversion and Management108, 1, 2016, pp. 120-131.
  12. D. J. Harris, I. W. Smith. “Intrinsic reactivity of petroleum coke and brown coal char to carbon dioxide steam and oxygen,Symposium (International) on Combustion, Elsevier, 23,1, 1991, PP. 1185-1190
  13. V. Sreedharan, “CFD Analysis of Coal and Heavy Oil Gasification for Syngas Production,” Aalborg University, 2012.
  14. I. W. SmithThe combustion rates of coal chars: a review,19th Symposium on Combustion, 19, 1, 1982, pp. 1045-1065.
  15. Y. Luan, Y. Chyou, T. Wang, “Numerical analysis of gasification performance via finite-rate model in a cross-type two-stage gasifier,” International Journal of Heat and Mass Transfer, 57, 2, 2013, pp. 558-566.
  16. S. A. Morsi, A. J. Alexander, “An Investigation of Particle Trajectories in Two-Phase Flow Systems,” Journal of Fluid Mechanics, 55, 2, 1972, pp. 193-208.
  17. J. W. E. Ranz, W. R. Marshall, “Vaporation from drops, Part I,” Chemical Engineering Program, 48, 3, 1952, pp. 141–146.
  18. J. W. E. Ranz, W. R. Marshall, “Evaporation from drops, Part I and Part II,” Chemical Engineering Program, 48, 4, 1952, pp. 173-180.