عملکرد تجهیزات اصلی ارائه شده با یک راکتور بستر مخروطی شکل در تجزیه حرارتی خاک اره با گاز بی اثر (N2) در محدوده 350-700 درجه سانتیگراد و با 50 میلی ثانیه میانگین زمان ماندگاری گاز مورد مطالعه قرار گرفته است.تأثیر دمای تجزیه در اثر حرارت بر بازده گاز، مایع و زغال سنگ بر ترکیب گاز و مایع و خواص زغال سنگ مورد مطالعه قرار گرفته است.حداکثر بازده مایع (مرتبط با 70 درصد وزنی) در دمای 450 درجه سانتیگراد بدست می‌آید و ترکیب آن توسط GC/MS تعیین می‌شود، مشابه آنچه در مقالات برای بسترهای سیال حباب‌دار گزارش شده است.اگرچه دماهای بالاتر از 600 درجه سانتیگراد برای توسعه ساختار متخلخل زغال سنگ مورد نیاز است، عملکرد CO2 به دست آمده در این شرایط غیرقابل قبول است.
هدف از تحقیق حاضر بررسی تجزیه در اثر حرارت خاک اره چوب در یک راکتور نیمه ناپیوسته و بررسی تأثیر پارامترهای فرآیند پیرولیز بر عملکرد محصول بود.پارامترهای فرآیند پیرولیز مانند دما، سرعت حرارت دهی، سرعت جریان نیتروژن (N2) و اندازه ذرات خاک اره چوب به صورت 350-650 درجه سانتی گراد، 10 و 50 درجه سانتی گراد در دقیقه، 50-200 سانتی متر مکعب در دقیقه و <0.25 تا > متغیر بود.به ترتیب 1.7 میلی مترحداکثر بازده روغن زیستی 44.16 درصد وزنی در دمای 500 درجه سانتیگراد، نرخ گرمایش 50 درجه سانتیگراد در دقیقه و سرعت جریان نیتروژن 100 سانتی‌متر مکعب در دقیقه برای محدوده اندازه ذرات 0.6 <dp <1 میلی‌متر یافت شد.ترکیب و ویژگی‌های روغن زیستی و بیو کاراکتر تعیین شد.روش‌های مختلفی مانند آنالیز نهایی، طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، کروماتوگرافی گازی-طیف‌سنجی جرمی (GC-MS) و طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای (1H NMR) برای توصیف نفت زیستی استفاده شد.محدوده نقطه جوش روغن زیستی بین 63 تا 360 درجه سانتیگراد یافت شد.کاراکتر زیستی و زیست توده اصلی با استفاده از روش‌های فیزیکوشیمیایی، ترموگراویمتری و همچنین تحلیلی با استفاده از ابزارهای پیچیده مانند میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) و پراش اشعه ایکس (XRD) آنالیز شدند.
امروزه به دلیل صنعتی شدن و رشد جمعیت جهان، تقاضای انرژی به سرعت در حال افزایش است.نیاز کنونی انرژی عمدتاً توسط سوخت‌های فسیلی (زغال‌سنگ، نفت و گاز طبیعی) تامین می‌شود و استفاده مداوم از این سوخت‌ها و کاهش تدریجی کیفیت آنها، امنیت انرژی و پایداری محیط‌زیست را به خطر می‌اندازد.از این رو، طی چند سال اخیر، بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی و مؤسسات مختلف در سراسر جهان توجه زیادی به توسعه منابع انرژی جایگزین و تجدیدپذیر داشته‌اند.در میان تمام تحقیقات جهانی انرژی های تجدیدپذیر از نظر متون منتشر شده، سوخت های زیستی سهم 56 درصدی دارند و پس از آن 26، 11، 5 و 2 درصد به ترتیب توسط انرژی خورشیدی، نیروی باد، زمین گرمایی و انرژی آبی (مانزانو-آگوگلیارو و همکاران.، 2013)، که پتانسیل توسعه انرژی زیستی را نشان می دهد.زیست توده با ارزش ترین منبع سوخت زیستی برای تولید انرژی است، زیرا غیرسمی، کربن خنثی، زیست تخریب پذیر در طبیعت است و به وفور با تولید سالانه 1011-1011 تن در سطح زمین در دسترس است (Demiral and Shensöz, 2006).).علاوه بر این، مزایای اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی مختلفی دارد (کافکا و همکاران، 2006).زیست توده همچنین سوخت هایی را به شکل مایع، جامد و گاز تولید می کند.
انواع مختلف زیست توده عبارتند از بقایای چوبی، کشاورزی و جنگلداری، زباله های شهری و صنعتی، زیست توده آبزیان و غیره (پارک و همکاران، 2014، مک کندری، 2002).خاک اره چوب (WSD) یک ضایعات زیست توده صنعتی است که توسط واحدهای پردازش چوب و سایر صنایع مبتنی بر مبلمان تولید می شود (Duanguppama et al., 2016).خاک اره از طریق برش، اندازه، اره کردن مجدد، لبه زدن، پیرایش و صاف کردن چوب تولید می شود.به طور کلی، پردازش 100 کیلوگرم چوب در کارخانه چوب بری حدود 12 تا 25 کیلوگرم خاک اره تولید می کند (Varma and Mondal, 2016a).در هند سالانه حدود 20 تن ضایعات چوب ساختمانی تولید می شود (Madurwar et al., 2013).در حال حاضر، خاک اره عمدتاً برای تولید تخته خرده چوب در کارخانه های کاغذسازی استفاده می شود، اگرچه پتانسیل انتشار انرژی گرمایی را دارد.در بسیاری از موارد به دلیل عدم وجود روش‌های مدیریت بهتر، این زباله‌ها معمولاً بدون هیچ گونه تصفیه در محیط زیست دفع می‌شوند.روش‌های متداول دفع عبارتند از انباشته کردن در طرف آسیاب، احتراق در هوای آزاد، دفع در کنار جاده و بدنه‌های آبی.رها کردن خاک اره در کارخانه های اره باعث اثرات زیبایی شناختی می شود.در حالی که رها شدن در کنار جاده باعث تأثیر کیفیت هوا در نتیجه باد می شود که اغلب می وزد و گرد و غبار چوب را به جو معلق می کند.این عمل باعث ایجاد مشکل تنفسی در انسان و آلودگی هوا می شود (Ohimain, 2012).برای غلبه بر این مشکلات، می توان از این زیست توده زباله برای تبدیل انرژی داخلی آن به اشکال قابل استفاده انرژی از طریق فرآیندهای تبدیل حرارتی استفاده کرد.احتراق (سوختن)، تبدیل به گاز و پیرولیز سه فرآیند اصلی تبدیل حرارتی هستند.
احتراق یک فرآیند تجزیه حرارتی ساده است که گرما را برای تولید برق تولید می کند.با این حال، از نظر زیست محیطی یک فرآیند قابل اعتماد نیست، زیرا محتوای بالای دی اکسید کربن و سایر گازهای مضر تولید می کند و راندمان حرارتی این فرآیند نیز پایین است.گازسازی فرآیند بسیار کارآمدی است و گاز سنتز (Co+H2) تولید می‌کند، اما به هزینه سرمایه‌گذاری بالایی نیاز دارد (کومار و همکاران، 2008).با این حال، پیرولیز یک فرآیند جذاب است زیرا در عملیات ساده و مقرون به صرفه است (Bridgwater، 2003).در طی چند سال اخیر، فرآیند پیرولیز توجه زیادی را به خود جلب کرده است زیرا انرژی را به شکل جامد، مایع و گاز از زیست توده / ضایعات با حرارت دادن در اتمسفر بی اثر تولید می کند (Bartocci et al., 2018, Yang et al., 2006).در فرآیند پیرولیز، ترکیب و بازده محصولات عمدتاً به انواع زیست توده و اندازه ذرات آنها، انواع راکتور، پارامترهای عملیاتی مانند دمای پیرولیز، سرعت گرمایش و زمان ماندن بخار بستگی دارد (Lu et al., 2009).چندین راکتور مانند انواع پیوسته، نیمه دسته ای و دسته ای برای تجزیه در اثر حرارت زیست توده/پسماندهای مختلف استفاده شده است (شادانگی و مهانتی، 2014، ابنیسا و همکاران، 2013، آذرگوهر و همکاران، 2013، آرامی نیا و همکاران، 2011).چوتیا و همکاران، 2014).به خوبی شناخته شده است که راکتورهای پیوسته بازده مایع بالاتری در مقایسه با راکتورهای ناپیوسته یا نیمه دسته ای دارند.اگرچه پیچیدگی فرآیند و کنترل در راکتور پیوسته بسیار بالاست و همچنین طراحی این راکتورها نیازمند دانش جزئیات فرآیند است.علاوه بر این، برای هر زیست توده جدید، راکتورهای دسته ای یا نیمه دسته ای برای بررسی ویژگی های فرآیند و همچنین تولید داده های جنبشی که برای طراحی راکتور ضروری هستند، استفاده می شود.با این حال، یک راکتور نیمه دسته ای، امکان پر کردن جزئی واکنش دهنده ها را با انعطاف پذیری افزودن بیشتر با پیشرفت زمان فراهم می کند.
اخیراً، کارهای تحقیقاتی زیادی در مورد تجزیه در اثر حرارت زیست توده / ضایعات مختلف مانند هم‌پیرولیز زیست توده و گلیسرول (Bartocci et al., 2017)، گلیسرول (Fantozzi et al., 2016)، باگاس نیشکر (Parthasarathy، و Narayan) انجام شده است.2015)، ساقه پنبه (چوهان، 2015)، چمن ناپیر (محمد و همکاران، 2015)، کاه برنج (پارک و همکاران، 2014)، بامبو (هرناندز-منا و همکاران، 2014)، کیک جاتروفا کورکاس (ماجی)و همکاران، 2015)، ضایعات روغن نخل (Yang et al., 2006) و غیره در راکتورهای مختلف.تنها مقالات کمی موجود است که مربوط به تجزیه در اثر حرارت چندین نوع خاک اره چوب در راکتورهای مختلف است.Duanguppama و همکاران(2016) تجزیه در اثر حرارت خاک اره آلوده را در یک راکتور بستر سیال (FBR) (در گردش) انجام داد و تأثیر آلاینده ها و دما را بر عملکرد و ترکیب محصولات پیرولیز بررسی کرد.صالحی و همکاران(2013) آزمایشات پیرولیز خاک اره را در FBR برای تولید روغن زیستی انجام داد و بازده محصولات پیرولیز را تعیین کرد.هیو و همکاران(2010) پیرولیز سریع خاک اره مبلمان زباله را در یک FBR انجام داد و تأثیر دما، نرخ خوراک، اندازه ذرات و سرعت جریان محیط سیال را بر بازده روغن زیستی بررسی کرد.صالحی و همکاران(2009) تجزیه در اثر حرارت خاک اره را در یک راکتور لوله ای با بستر ثابت انجام داد و تأثیر پارامترهای عملیاتی و دمای تراکم را بر عملکرد محصولات پیرولیز مطالعه کرد.دمیرباش (2005) آزمایشات پیرولیز خاک اره چوب راش را انجام داد و تأثیر رطوبت اولیه خاک اره را بر عملکرد روغن زیستی بررسی کرد.آگوادو و همکاران(2000) تجزیه در اثر حرارت خاک اره را در یک راکتور بستر فواره دار انجام داد و تأثیر دما بر عملکرد محصولات و ترکیب آنها را بررسی کرد.اولازار و همکاران(2000) تجزیه حرارتی فلاش کاتالیزوری خاک اره را در یک راکتور بستر مخروطی مخروطی مطالعه کرد.در بیشتر مطالعه فوق، تأکید اصلی تنها بر مطالعه تأثیر دمای پیرولیز بر بازده محصولات و به طور کلی توصیف خواص هر یک از محصولات پیرولیز (بیو زغال یا روغن زیستی یا گاز) بود.با این وجود، یک مطالعه جامع بر روی تجزیه در اثر حرارت خاک اره چوب در حالت نیمه دسته ای به ویژه برای مطالعه تأثیر اندازه ذرات، سرعت جریان نیتروژن، دمای تجزیه در اثر حرارت و سرعت گرمایش بر عملکرد محصولات و همچنین تجزیه و تحلیل محصولات پیرولیز و استفاده از آنها به عنوان محصولات مفید است.نادر.
هدف از مطالعه حاضر انجام آزمایش‌های پیرولیز خاک اره چوب در یک راکتور نیمه دسته‌ای و بررسی تأثیر اندازه ذرات WSD، سرعت جریان نیتروژن، دما و سرعت گرمایش بر بازده محصولات پیرولیز و همچنین دستیابی به اطلاعات جزئی در موردویژگی ها و ترکیبات محصولات پیرولیز و کشف راه های مناسب ممکن برای استفاده از آنها.
خشک کردن خاک اره برای تولید تخته خرده چوب و گلوله و همچنین برای بهبود کارایی ارزش گذاری انرژی مهم است.مطالعه با عملکرد خشک کردن خاک اره، با رطوبت بالای 60 درصد وزنی (db) و تمایل به آگلومره، در بسترهای مخروطی شکل شروع شد و تکامل زمانی رطوبت خاک اره و رطوبت هوا به دست آمد.یک نقشه رژیم عملکرد برای خاک اره با محتوای رطوبت مختلف به دست آمد.تأثیر دما و سرعت هوا، جرم بستر و عوامل هندسی خشک کن بر سینتیک خشک کردن تعیین شد.یک مدل خشک کردن جدید برای پیش بینی رفتار خشک کردن بسترهای متشکل از خاک اره در خشک کن های بستر مخروطی با برازش داده های تجربی تکامل زمانی نسبت رطوبت خاک اره پیشنهاد شد.پارامترهای برازش مناسب مدل به عنوان تابعی از شرایط عملیاتی و عوامل هندسی خشک کن بیان شد و خوب بودن مدل با پارامترهای آماری ارزیابی شد.سرعت خشک شدن و زمان خشک شدن تا محدوده رطوبت تعادلی تعیین شد.بر اساس مطالعه تجربی خشک کردن، مناسب ترین عوامل هندسی طراحی خشک کن (زاویه مخروط و قطر ورودی گاز) و همچنین مناسب ترین شرایط فرآیند برای ظرفیت خشک کردن بالا پیشنهاد شد.
شکیبا باشید...
