Modeling of the entrained flow gasification: Kinetics-based ASPEN Plus model

Adeyemi, Idowu; Janajreh, Isam

doi:10.1016/j.renene.2014.10.073

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“…Actualmente, se ha reportado su aplicación en diferentes sistemas de reacción y separación, así como a plantas de procesos completos, encontrándose buena concordancia entre datos reales y datos determinados a través de las simulaciones en el software [4][5][6][7]9,11,13]. El software también permite definir subrutinas específicas en lenguaje FORTRAN o construir migración de datos a Excel que amplía el panorama de posibilidades en la elaboración de simulaciones específicas.…”

Section: Descripción Del Modelounclassified

“…El software también permite definir subrutinas específicas en lenguaje FORTRAN o construir migración de datos a Excel que amplía el panorama de posibilidades en la elaboración de simulaciones específicas. Para la estimación de propiedades termodinámicas se hizo uso del modelo termodinámico RedlichKwong-Soave-Boston-Mathias (RKSBM), teniendo en cuenta que varios autores han usado este modelo para simular este tipo procesos [4,[13][14]. Entre las principales hipótesis o suposiciones del modelo se tienen: i) el aire que entra a la unidad de separación (ASU) está conformado por una mezcla de nitrógeno y oxígeno (79:21%v) a 25°C y 1atm; ii) el proceso se lleva a cabo en estado estacionario sin pérdidas de calor, ni caídas de presión en los equipos ni en las líneas; iii) el proceso de gasificación es autotérmico y se modela como un reactor en equilibrio de acuerdo a la minimización de la energía libre de Gibbs (R-GIBBS), en el cual los productos formados en el equilibrio son: CO 2 , CO, H 2 , CH 4 , H 2 O, C 2 H 4 y Figura 1.…”

Section: Descripción Del Modelounclassified

“…Adeyemi y Janajreh [4], desarrollaron un modelo cinético en Aspen Plus para la simulación de gasificación en lecho arrastrado de biomasa y carbón. De acuerdo a sus análisis, los autores observaron que al aumentar el diámetro y la altura del reactor, se incrementa la fracción molar de H 2 y CO del gas producido.…”

Section: Introductionunclassified

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Gasificación de madera para la obtención de un syngas útil en la producción de biocombustibles y/o productos químicos

Hernández

Bayer

Zapata

2017

rev.ion

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ResumenEn el presente trabajo se desarrolló un modelo en equilibrio que permite simular el proceso de producción de un syngas útil para la obtención de biocombustibles líquidos y/o productos químicos mediante gasificación en lecho arrastrado. El proceso fue modelado mediante el software Aspen Plus, considerando las etapas de pretratamiento y acondicionamiento de la biomasa (secado, torrefacción y molienda), gasificación en lecho arrastrado, limpieza y acondicionamiento del syngas producido, y ajuste de la relación H 2 /CO, adicionalmente se modela la Unidad de Separación de Aire (ASU) para la producción de oxígeno como agente gasificante. La validación del modelo se realizó a partir de datos experimentales reportados en la literatura, mediante el análisis de los errores relativos para las variables de interés: relación H 2 /CO, poder calorífico inferior (LHV, de sus siglas en inglés Lower Heating Value) y eficiencia en frío, obteniendo errores de 7,8%, 11,8% y 8,8%, respectivamente. Adicionalmente, se evaluó la sensibilidad del modelo para predecir el efecto de variables de proceso como la temperatura de torrefacción y la relación equivalente sobre las variables respuesta H 2 /CO y LHV, obteniendo con el modelo tendencias similares a las reportadas en la literatura bajo diferentes condiciones de operación, lo cual muestra que el modelo es sensible a cambios en los parámetros del proceso. Por tanto, se considera que el modelo desarrollado es una herramienta computacional útil para realizar análisis de sensibilidad en procesos de producción de biocombustibles líquidos y/o productos químicos a partir de gasificación de biomasa en lecho arrastrado. Palabras clave: gasificación en lecho arrastrado, Aspen Plus, biocombustibles líquidos, biomasa, syngas.Abstract A model to simulate the entrained flow gasification process to produce a syngas useful in the synthesis of liquid biofuels and/or chemicals was developed. The model is simulated in Aspen Plus and includes the stages of: pretreatment and conditioning of biomass (drying, torrefaction and grinding), entrained flow gasification, cleaning and conditioning of syngas produced, adjustment of H 2 /CO relation, and an Air Separation Unit (ASU) for oxygen production as gasifying agent. The model validation was performed from experimental data reported in the literature, by analyzing the relative errors for the interest variables: H 2 /CO, lower heating value and cold gas efficiency, founding errors of 7.8%, 11.8% and 8.8% respectively. Additionally, the sensibility of the model to predict the effect of process variables as torrefaction temperature and equivalence ratio on response variables, showed similar tendencies to those found Cita: Suárez L, Pérez JF, Barrera R. Gasificación de madera para la obtención de un syngas útil en la producción de biocombustibles y/o productos químicos. rev.ion. 2017;30(1):57-71.

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Section: Descripción Del Modelounclassified

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Gasificación de madera para la obtención de un syngas útil en la producción de biocombustibles y/o productos químicos

Hernández

Bayer

Zapata

2017

rev.ion

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show abstract

“…ERNs have been implemented previously in commercial software such as Aspen Plus for modeling EF coal gasifiers, generally giving good agreement with experimental data . Similar work for the gasification of various types of biomass includes modeling of an EF process on the lab scale and fluidized bed processes . Recent kinetic‐based models for EF gasifiers are limited to a single reactor for the kinetic process and do not consider particle‐scale transport phenomena.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 96%

Multiscale Reactor Network Simulation of an Entrained Flow Biomass Gasifier: Model Description and Validation

et al. 2017

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This paper describes the development of a multiscale equivalent reactor network model for pressurized entrained flow biomass gasification to quantify the effect of operational parameters on the gasification process, including carbon conversion, cold gas efficiency, and syngas methane content. The model, implemented in the commercial software Aspen Plus, includes chemical kinetics as well as heat and mass transfer. Characteristic aspects of the model are the multiscale effect caused by the combination of transport phenomena at particle scale during heating, pyrolysis, and char burnout, as well as the effect of macroscopic gas flow, including gas recirculation. A validation using experimental data from a pilot‐scale process shows that the model can provide accurate estimations of carbon conversion, concentrations of main syngas components, and cold gas efficiency over a wide range of oxygen‐to‐biomass ratios and reactor loads. The syngas methane content was most difficult to estimate accurately owing to the unavailability of accurate kinetic parameters for steam methane reforming.

show abstract

“…The modelling of coal de-volatilization, combustion and gasification in the form comprehensive model and CFD (computational fluid dynamic) code are already performed in Waste to Energy Lab at Masdar Institute, Abu Dhabi with variety of different feedstock [3][4][5][6][7][8][9]. The similar modelling techniques that are used for coal or biomass cannot be used directly for char due to the large difference in the physical and chemical properties.…”

mentioning

confidence: 99%

Numerical Simulation of Char Particle Gasification

Raza¹,

Janajreh²,

Ahmed³

et al. 2015

JEPE

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A first principal modeling of the gasification of a char particle is performed using single step mechanism. The char particle is considered to be spherical in shape and only the physical and chemical properties can change in the radial direction. The carbon dioxide is used as the gasification agent that reacts with the char and form carbon monoxide. The presence of both solid and gaseous phase species makes the reaction heterogeneous. The char particle is considered with varying porosity that also allows the change in the surface area of the particle. A time invariant temperature and pressure profile is used at which the Arrhenius rate constant and diffusion is calculated. The mass conservation of model results in the form of two coupled partial differential and one ordinary differential equation. The equations are solved with a set of initial and boundary conditions using the bulk species concentration at the particle surface. A second order accurate central differencing scheme is used to discretize space while backward differencing is used to discretize time. Finally, the results are presented for the concentration distribution of CO and CO 2 in radial direction with respect to time. It shows that, maximum concentration of CO is present at the center of the particle while the concentration gradient becomes higher near the particle surface. The nonlinear concentration trend due to the diffusion is effectively captured. The results show that, completed conversion of char depend upon the time provided for the reaction which can be reduced by decreasing the size of particle or increasing the reaction temperature. The sensitivity study of temperature and initial porosity also performed and showed that temperature has high impact on char conversion as compare to initial porosity.

show abstract

Modeling of the entrained flow gasification: Kinetics-based ASPEN Plus model

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Gasificación de madera para la obtención de un syngas útil en la producción de biocombustibles y/o productos químicos

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Multiscale Reactor Network Simulation of an Entrained Flow Biomass Gasifier: Model Description and Validation

Numerical Simulation of Char Particle Gasification

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