બાયોમાસ ગેસિફિકેશનના સિદ્ધાંત અને સાધનો પર વિશ્લેષણ

એબ્સ્ટ્રેક્ટ: નવીનીકરણીય સ્વચ્છ ઊર્જા તરીકે, બાયોમાસ ગેસિફિકેશન ટેકનોલોજી જોરશોરથી વિકસાવવામાં આવી છે.આ પેપર સંક્ષિપ્તમાં બાયોમાસ ગેસિફિકેશનના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો અને ગેસિફિકેશન પ્રક્રિયાઓના પ્રકારોનો પરિચય આપે છે, અને મુખ્ય પ્રકારનાં ગેસિફાયર્સના કાર્યકારી સિદ્ધાંતો અને ફાયદા અને ગેરફાયદાને સમજાવે છે.ગેસિફિકેશન કાર્યક્ષમતા ઊંચી છે પરંતુ માળખું જટિલ છે;ગેસિફાયરની લાક્ષણિકતાઓનું વિશ્લેષણ બાયોમાસ ગેસિફિકેશન પ્રોજેક્ટની ડિઝાઇન અને કામગીરી માટે માર્ગદર્શક મહત્વ ધરાવે છે.

પરિચય

વધતી જતી ગંભીર વૈશ્વિક ઉર્જા કટોકટી અને ઇકોલોજીકલ પર્યાવરણના વિનાશ સાથે, બાયોમાસ, નવીનીકરણીય સ્વચ્છ ઉર્જા તરીકે, તેલ, કોલસો અને કુદરતી ગેસ પછી ચોથું સૌથી મોટું સંસાધન છે, અને તેણે ખૂબ ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે.બાયોમાસ ગેસિફિકેશન ટેક્નોલોજી માત્ર ગેસ અને પાવર જનરેશનની સપ્લાય કરી શકતી નથી, પરંતુ તેનો ઉપયોગ મિથેનોલ અને એમોનિયાના સંશ્લેષણ માટે પણ થઈ શકે છે.તે પર્યાપ્ત તકનીકી સુગમતા, સારી સ્વચ્છતા, ઉચ્ચ અર્થતંત્ર અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે.વિશ્વભરના દેશો સક્રિયપણે બાયોમાસ ગેસિફિકેશન ટેકનોલોજી પર સંશોધનને પ્રોત્સાહન આપી રહ્યા છે.

1 બાયોમાસ ગેસિફિકેશનનો સિદ્ધાંત

બાયોમાસ ગેસિફિકેશન એ વધુ જટિલ પ્રતિક્રિયાઓનો સંગ્રહ છે.મેક્રો પરિપ્રેક્ષ્યમાં, તેને ચાર પ્રતિક્રિયા તબક્કામાં વિભાજિત કરી શકાય છે: સૂકવણી, પાયરોલિસિસ, ઓક્સિડેશન (દહન) અને ઘટાડો.

સૂકવણી એ એક સરળ શારીરિક પ્રક્રિયા છે, જે મુખ્યત્વે 100 અને 150 °C વચ્ચે થાય છે, અને સમગ્ર પ્રક્રિયાને ઘણી બધી ગરમી શોષવાની જરૂર છે.જ્યારે તાપમાન 15 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપર પહોંચે છે, ત્યારે બાયોમાસ પાયરોલિસિસમાંથી પસાર થવાનું શરૂ કરે છે, અસ્થિર અવક્ષેપિત થાય છે, અને ચારકોલને વધુ પ્રતિક્રિયાઓ માટે બેડ બનાવવા માટે છોડી દેવામાં આવે છે.બાયોમાસ પાયરોલિસિસના વાયુયુક્ત ઉત્પાદનોમાં CO, CO2, CH4, H2, વગેરેનો સમાવેશ થાય છે, જે ઓક્સિજન સાથે ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયા (દહન)માંથી પસાર થાય છે, અને ઘણી બધી ગરમીનું ઉત્સર્જન કરે છે, જે સૂકવવા, પાયરોલિસિસ અને ઘટાડાની પ્રતિક્રિયાઓ માટે પૂરતી ગરમી પૂરી પાડે છે અને જાળવણી કરે છે. સમગ્ર ગેસિફિકેશન પ્રક્રિયા.સતત.ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયા (દહન) દ્વારા ઉત્પાદિત પાણીની વરાળ અને CO2 H2 અને CO પેદા કરવા માટે કાર્બન સાથે પ્રતિક્રિયા કરશે, આમ ઘન ઇંધણનું ગેસ ઇંધણમાં રૂપાંતર પૂર્ણ કરશે.આ પ્રક્રિયા ઘટાડો પ્રતિક્રિયા (એન્ડોથર્મિક પ્રતિક્રિયા) છે.તાપમાન જેટલું ઊંચું છે, પ્રતિક્રિયા વધુ તીવ્ર.જ્યારે તાપમાન 800 ° સે કરતા ઓછું હોય છે, ત્યારે પ્રતિક્રિયા મૂળભૂત રીતે સ્થિર સ્થિતિમાં હોય છે.

2 ફિક્સ બેડ ગેસિફાયર

ફિક્સ બેડ ગેસિફાયરમાં, બાયોમાસ ઇંધણ સૂકવણી, પાયરોલીસીસ, ઓક્સિડેશન (દહન) અને ઘટાડામાંથી પસાર થાય છે અને જ્વલનશીલ ગેસમાં રૂપાંતરિત થાય છે.ગેસિફિકેશન એજન્ટની સપ્લાય સ્થિતિ અને બળતણ સ્તરમાંથી વહેતા ક્રમ અનુસાર, ત્યાં અપ-સક્શન પ્રકાર, ડાઉન-સક્શન પ્રકાર, ક્રોસ-સક્શન પ્રકાર અને ખુલ્લા પ્રકાર છે, અને પ્રથમ બે પ્રકારના ગેસિફાયરનો મુખ્યત્વે ઉપયોગ થાય છે.

2.1 અપડ્રાફ્ટ ગેસિફાયર

અપ-સક્શન ગેસિફાયરનું રિએક્શન લેયર, ઉપરથી નીચે સુધી, એક સૂકવણી સ્તર, એક પાયરોલિસિસ સ્તર, એક ઘટાડો સ્તર અને ઓક્સાઇડ સ્તર છે.બાયોમાસને ઉપરથી ગેસિફાયરમાં ખવડાવવામાં આવે છે, પ્રથમ ગેસ દ્વારા ગરમ અને સૂકવવામાં આવે છે, અને પછી ગરમી દ્વારા પાયરોલાઈઝ કરવામાં આવે છે, મોટી માત્રામાં અસ્થિર પદાર્થ અવક્ષેપિત થાય છે, અને ઘન કાર્બન ઘટાડાના સ્તરમાં પ્રવેશ કરે છે અને બદલામાં નીચે ઓક્સાઇડ સ્તરમાં પ્રવેશ કરે છે. .ગેસિફિકેશન એજન્ટ નીચલા ભાગમાંથી પૂરો પાડવામાં આવે છે અને સૌ પ્રથમ ઘન કાર્બન સાથે ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયામાંથી પસાર થાય છે, ગેસ પ્રવાહ અને પથારીના તાપમાનમાં ઝડપથી વધારો કરવા માટે ગરમી છોડે છે, અને ગેસ પ્રવાહ દહન ઉત્પાદનોથી ભરેલો છે.ઘટાડતા સ્તરમાં પ્રવેશ્યા પછી, કમ્બશન પ્રોડક્ટ અને કાર્બન ઘટાડો પ્રતિક્રિયામાંથી પસાર થાય છે, અને એન્ડોથર્મિક તાપમાન ઘટાડે છે.જ્યારે તાપમાન 800 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી નીચે જાય છે, ત્યારે પ્રતિક્રિયા દર ધીમો થઈ જાય છે અને અટકી પણ જાય છે.હવાનો પ્રવાહ ઉપર તરફ ચાલુ રહે છે, જે બળતણ પાયરોલિસિસ અને સૂકવણી માટે ગરમી પ્રદાન કરે છે.

2.2 ડાઉનડ્રાફ્ટ ગેસિફાયર

ડાઉનડ્રાફ્ટ ગેસિફાયરનું રિએક્શન લેયર છે, ઉપરથી નીચે સુધી, એક સૂકવણી સ્તર, એક પાયરોલિસિસ સ્તર, એક ઓક્સાઇડ સ્તર અને ઘટાડો સ્તર.જ્યાં ગેસિફિકેશન એજન્ટ સપ્લાય કરવામાં આવે છે તેના આધારે બે પ્રકારના ડાઉનડ્રાફ્ટ ગેસિફાયર છે: એક મિડલ નેકિંગ સેક્શન સાથે ડાઉનડ્રાફ્ટ ગેસિફાયર છે, અને ગેસિફિકેશન એજન્ટ મિડલ નેકિંગ સેક્શનના ઉપરના ભાગમાંથી પૂરા પાડવામાં આવે છે.;બીજું મધ્યવર્તી ગરદન વિભાગ વિના ડાઉનડ્રાફ્ટ ગેસિફાયર છે, અને ગેસિફિકેશન એજન્ટ ઉપલા ભાગમાંથી પૂરા પાડવામાં આવે છે.ડાઉનડ્રાફ્ટ ગેસિફાયરનો કાર્યકારી સિદ્ધાંત મૂળભૂત રીતે અપડ્રાફ્ટ પ્રકાર જેવો જ છે, સિવાય કે બળતણ સૂકવવા અને પાયરોલિસિસ માટે જરૂરી ગરમી નીચલા ઓક્સાઇડ સ્તરમાંથી આવે છે.

3 ફ્લુઇડાઇઝ્ડ બેડ ગેસિફાયર

ફ્લુઇડાઇઝ્ડ બેડ અને ફિક્સ બેડની મુખ્ય ગેસિફિકેશન રિએક્શન મિકેનિઝમ મૂળભૂત રીતે સમાન છે, પરંતુ ત્યાં કોઈ સ્પષ્ટ ફિક્સ બેડ નથી.હાલમાં, ત્રણ મુખ્ય પ્રકારનાં ફ્લુઇડાઇઝ્ડ બેડ છે: બબલિંગ ફ્લુઇડાઇઝ્ડ બેડ, ફરતા ફ્લૂડાઇઝ્ડ પથારી અને ડબલ ફ્લૂડાઇઝ્ડ પથારી.

3.1 બબલિંગ ફ્લુઇડાઇઝ્ડ બેડ ગેસિફાયર (BFB)

બબલિંગ ફ્લુઇડાઇઝ્ડ પથારીમાં, જ્યારે ગેસ વેગ નિર્ણાયક પ્રવાહીકરણ ગેસ વેગ કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે ઘન પદાર્થો પ્રવાહી થવાનું શરૂ કરે છે, પથારીમાં પરપોટા દેખાય છે, અને એક ગાઢ તબક્કો ઝોન જ્યાં કણો એકત્ર થાય છે અને પરપોટાનું વર્ચસ્વ ધરાવતો પાતળો તબક્કો ઝોન દેખાય છે.

ભઠ્ઠીનું શરીર પ્રમાણમાં જાડું અને ચરબીવાળું છે, અને નીચેનો ભાગ સ્પષ્ટ બેડ સ્તર સાથે ગાઢ તબક્કા વિસ્તાર છે.ગેસિફિકેશન પ્રતિક્રિયા મુખ્યત્વે ગાઢ તબક્કાના વિસ્તારમાં થાય છે.હવાના પ્રવાહ દ્વારા ગાઢ તબક્કાના વિસ્તારમાંથી ઝીણા કણોના બળતણને બહાર કાઢવામાં આવતા અટકાવવા માટે, ભઠ્ઠીના ઉપલા ભાગને ગેસ વેગ ઘટાડવા માટે વિસ્તરણ વિભાગ સાથે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે., જે મંદ તબક્કાના પ્રદેશમાં બળતણની પ્રતિક્રિયા સમયને પણ લંબાવે છે.

3.2 ફરતા પ્રવાહી બેડ ગેસિફાયર (CFB)

CFB ગેસિફાયરનું ફર્નેસ બોડી પાતળું અને પાતળું છે, અને ઉચ્ચ-તાપમાનના ઘન કણોને અલગ કરવા અને એકત્રિત કરવા અને તેમને ભઠ્ઠીમાં પાછા મોકલવા માટે ભઠ્ઠીના ઉપલા આઉટલેટ પર ચક્રવાત વિભાજક સ્થાપિત થયેલ છે.

CFB બેડ સમગ્ર કન્ટેનર જગ્યાને ભરી દે છે, અને ત્યાં કોઈ ગાઢ ફેઝ ઝોન અને પાતળું ફેઝ ઝોન નથી.પથારીમાં કણોની સાંદ્રતા જાળવવા માટેની આવશ્યક સ્થિતિ એ ઘન કણોનું પરિભ્રમણ છે.એકવાર પરિભ્રમણ સારું ન હોય તો, પથારીના તમામ કણો બહાર ઉડી શકે છે.બાયોમાસ ઇંધણની નબળી પ્રવાહીકરણ લાક્ષણિકતાઓને લીધે, CFB ગેસિફાયર મૂળભૂત રીતે રેતીનો સહાયક પ્રવાહીકરણ માધ્યમ તરીકે ઉપયોગ કરે છે.

CFB ગેસિફાયરની બે લાક્ષણિકતાઓ છે: ગેસનો પ્રવાહ દર ઊંચો છે, સામાન્ય રીતે 4~7m/s વચ્ચે, બેડ ઝડપી પ્રવાહીકરણ ઝોનમાં કામ કરે છે;નિશ્ચિત કણોનો ઉચ્ચ પરિભ્રમણ દર 10 ~ 20 ની વચ્ચે છે.

3.3 ડબલ ફ્લુઇડાઇઝ્ડ બેડ ગેસિફાયર (DFB)

ડબલ ફ્લુડાઇઝ્ડ બેડ ગેસિફાયર બે ફ્લુઇડાઇઝ્ડ બેડ ફર્નેસને અપનાવે છે, એક ગેસિફાયર છે અને બીજું કમ્બશન ફર્નેસ છે.બાયોમાસ ઇંધણને ગેસિફાયરમાં ગરમ ​​રેતી સાથે બેડ સામગ્રી તરીકે ઉમેરવામાં આવે છે, અને રેતીનો જથ્થો શોષાય છે, અને પાયરોલિસિસ પ્રતિક્રિયા હાથ ધરવામાં આવે છે.ગેસ ઉત્પાદન શેષ કાર્બન અને રેતીનું વહન કરે છે અને વિભાજકમાં અલગ પડે છે.અલગ પડેલા કાર્બન અવશેષો અને રેતીને રેતીને ગરમ કરવા માટે દહન ભઠ્ઠીમાં હવા સાથે દહન કરવામાં આવે છે, અને ગરમ રેતી ફ્લુ ગેસ દ્વારા વહન કરવામાં આવે છે અને વિભાજક દ્વારા અલગ કરવામાં આવે છે, અને ગરમ રેતીને ગેસિફાયરમાં પરત કરવામાં આવે છે.ડીએફબી ગેસિફાયરની ઉત્કૃષ્ટ વિશેષતા એ છે કે પ્રવાહીયુક્ત બેડની મજબૂત પરિવહન ક્ષમતાનો ઉપયોગ કરીને ઇંધણના કણોને બે ફ્લુઇડાઇઝ્ડ બેડ ફર્નેસમાં વહન કરવામાં આવે છે.

4 વિવિધ પ્રકારના ગેસિફાયરની લાક્ષણિકતાઓ

ફિક્સ-બેડ ગેસિફાયરમાં સરળ માળખું, કાચી સામગ્રીની વ્યાપક અનુકૂલનક્ષમતા, 100mm સુધીના કણોનું કદ, સ્લેગિંગ માટે ઓછી સંવેદનશીલતા અને ઓછી ગેસ ફ્લાય એશ સામગ્રી છે, પરંતુ તે માત્ર નાના પાયે ગેસિફિકેશન કામગીરી માટે જ યોગ્ય છે અને તેને માપવા મુશ્કેલ છે. .

ફ્લુઇડાઇઝ્ડ બેડ ગેસિફાયર ઉચ્ચ ગેસિફિકેશન કાર્યક્ષમતા અને ઉચ્ચ કેલરીફિક મૂલ્ય ધરાવે છે, પરંતુ તેની રચના પ્રમાણમાં જટિલ છે.તેમાં કણોનું કદ, એકરૂપતા, પાણીની સામગ્રી અને બળતણના કુદરતી સંચયના ખૂણા પર ચોક્કસ જરૂરિયાતો છે.તે સ્લેગિંગ માટે સંવેદનશીલ છે, અને ગેસ ફ્લાય એશ સામગ્રી જો ત્યાં ઘણી હોય, તો તેને ધૂળ દૂર કરવા અને શુદ્ધિકરણ સિસ્ટમથી સજ્જ કરવાની જરૂર છે.હાલમાં, મોટા પાયે બાયોમાસ ગેસિફિકેશન પ્રોજેક્ટ્સ ધીમે ધીમે દબાણયુક્ત પ્રવાહીયુક્ત બેડ ગેસિફાયર ટેકનોલોજી અપનાવે છે.

5 નિષ્કર્ષ

હાલમાં, વૈશ્વિક કાર્બન ઉત્સર્જન જરૂરિયાતો વધુને વધુ કડક બની રહી છે, અને "શૂન્ય કાર્બન ઉત્સર્જન" ની લાક્ષણિકતાઓ સાથે બાયોમાસનું મહત્વ વધુને વધુ સ્પષ્ટ થઈ રહ્યું છે.આ પેપર સંક્ષિપ્તમાં બાયોમાસ ગેસિફિકેશનના સિદ્ધાંતનો પરિચય આપે છે અને વિવિધ પ્રકારના ગેસિફાયરની તુલના અને વિશ્લેષણ કરે છે.તે જોઈ શકાય છે કે ફિક્સ બેડ અને ફ્લુડાઈઝ્ડ બેડના પોતપોતાના ફાયદા છે, પરંતુ ફ્લુઈડાઈઝ્ડ બેડ મોટા પાયે માટે વધુ યોગ્ય છે અને ભવિષ્યના વિકાસની દિશા છે, જેથી તેની ડિઝાઇન અને કામગીરીમાં થોડું માર્ગદર્શક મહત્વ લાવી શકાય. બાયોમાસ ગેસિફિકેશન પ્રોજેક્ટ્સ.