گازسازي سوخت نفتي سنگين در يك گازساز جريان حامل

Gasification of a heavy fuel oil in an entrained flow gasifier

اين مقاله به بررسي گازسازي مازوت پالايشگاه تهران با عامل گازكننده هوا مي‌پردازد. در ابتدا گازسازي مازوت با رويكرد ترموديناميكي تعادلي مدل‌سازي شده و سپس به صورت تجربي، عملكرد دمايي يك گازساز جريان‌حامل مطالعه شده است. بدين منظور يك مجموعه گازسازي سوخت نفتي سنگين با ظرفيت 7 كيلوگرم بر ساعت طراحي و ساخته شد. مشخصات فيزيكي-شيميايي اين سوخت نفتي سنگين از طريق آزمايشگاهي تعيين گرديد. در يك مطالعه پارامتريك به كمك مدل تعادلي در نرم‌افزار Aspen plus براي شرايط پايدار، اثر نسبت هم‌ارزي بر شاخص‌هاي عملكردي در گازسازي شامل تركيبات گاز سنتزي، ارزش حرارتي و دماي گازسازي بررسي شد. توزيع درجه حرارت درون گازساز و مصرف كربن جامد سوخت نفتي سنگين، عوامل موثري در توليد گاز سنتزي و عملكرد بهينه گازسازي مي‌باشند. در مطالعه تجربي، دماي گازسازي در نقاط مختلف گازساز اندازه‌گيري شده است. نتايج مدل‌سازي نشان مي‌دهند كه مقادير CO، H2 و HHV در نسبت هم‌ارزي برابر 39/0 بيشينه بوده كه منطبق با مصرف كامل كربن جامد است. با افزايش نسبت هم‌ارزي، دماي گازسازي زياد شده كه اين منطبق بر نتايج تجربي نيز مي‌باشد. مقايسه نتايج مدل‌سازي و تجربي نشان مي‌دهد كه ضمن هماهنگي روند تغييرات دماي گازسازي، اختلاف دماهاي تجربي و مدل‌سازي با افزايش نسبت هم‌ارزي كاسته مي‌شود؛ همچنين پس از يك فاصله كوتاه از نوك انژكتور، درجه حرارت در طول گازساز با نرخ ثابتي كاهش مي‌يابد. در نهايت، به منظور عملكرد بهينه گازسازي سوخت نفتي سنگين، يك تناسب بين طول گازساز و نسبت هم‌ارزي بر اساس پيشرفت يكي از واكنش‌هاي اساسي در گازسازي ارائه شده است.

In this paper, air gasification of Tehran’s refinery Mazut is investigated. First, Mazut gasification is modeled by the equilibrium method and then, the thermal operating of an entrained flow gasifier is studied experimentally. An entrained flow gasifier is designed and manufactured for 7 kg/h flow rate of heavy fuel oil. The physical/chemical properties of this heavy fuel oil are determined via standard laboratory experiments. In Aspen plus, a parametric study is conducted by the equilibrium model in order to investigate the effects of equivalence ratio on syngas composition, gasification temperature, and higher heating value for the steady-state condition. Temperature distribution along the gasifier and the solid carbon consumption are effective parameters on syngas composition and gasification performance. In an experiment, the gasification temperature is measured at different locations of a gasifier. The modeling results show that the values of H2, CO, and HHV have a maximum which is accompanied with complete consumption of solid carbon at equivalence ratio 0.39. By increasing equivalence ratio, gasification temperature increases which are supported by experimental results. The comparison of modeling and experimental result shows that difference between model and experimental temperature increases by increasing equivalence ratio. Also, after a short distance from the injector, the temperature is decreased along the gasifier with a constant rate. Finally, in order to provide the optimum gasification operation, the proportion between an appropriate gasifier length and operating equivalence ratio is presented based on one of the gasification reaction.