Modeling and simulation of a biomass pyrolysis and gasification process

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Bonifácio, Matheus
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10198/28197
Resumo: Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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spelling Modeling and simulation of a biomass pyrolysis and gasification processBiomassGasificationPyrolysisUnisim design softwareSimulationDomínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e TecnologiasMestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do ParanáGlobal energy demand has increased exponentially, and the trend is to continue to increase. The form of conventional energy production, primarily from fossil and non-renewable energies, is very harmful to the planet. Biomass is a good alternative to fossil energies due to being renewable and possessing virtually no production of carbon dioxide, one of the main gases that cause the greenhouse effect. There are several ways to use biomass, it should be mentioned: pyrolysis, gasification for fuel production, direct burning, bio digestion and others. The objective is to review the generation of waste in Portugal, present the classic models of pyrolysis and biomass gasification as well as their stages, and later develop a specific model for the simulation of a downdraft due to the high temperature selected gasifier process using Python and the UniSim Design chemical processes simulator software. The study was made using two different sources of biomass, olive pit and wood residue. A kinetic and thermodynamic model was developed to first evaluate the pyrolysis process, and using the software Unisim Design a gasification process was developed. The main results obtained allow the conclusion that the biomass with higher moisture content (wood residue) was more susceptible to temperature influence in the process than the biomass with lower moisture content (olive pit), leading to the formation of compositions for H2 of approximately 0.246 (mass fraction) between 100 and 400 °C for olive pit and 0.106 and 0.0105 (mass fraction) for wood residue between 100 and 400 °C, in stoichiometric equivalence between biomass, steam and water. Olive pit generated higher hydrogen and methane formation. Increasing the temperature and steam inlet favors the formation of H2, CO and CO2 while decreasing CH4 formation, H2 obtained a variation of 0.250 to 0.234 (mass fraction) for olive pit and 0.106 and 0.103 (mass fraction) for wood residing in a biomass/steam molar equivalence between 0.5 and 4. Increasing the steam flow results in increased formation of CO2 and H2, and increased airflow decreases the formation of these products. The increase in steam flow decreases the formation of CH4 and CO. Steam temperature of 250°C is the one with the highest hydrogen yield, and lower methane formation.A demanda global de energia aumentou exponencialmente, e a tendência é continuar a aumentar. A forma de produção de energia convencional, principalmente a partir de energias fósseis e não renováveis, é muito prejudicial ao planeta. A biomassa é uma boa alternativa às energias fósseis por ser renovável e não possuir praticamente nenhuma produção de dióxido de carbono, um dos principais gases causadores do efeito estufa. Existem várias maneiras de usar a biomassa, deve-se mencionar: pirólise, gaseificação para produção de combustível, queima direta, biodigestão e outros. O objetivo é rever a geração de resíduos em Portugal, apresentar os modelos clássicos de pirólise e gaseificação de biomassa, bem como as suas fases, e posteriormente desenvolver um modelo específico para a simulação de um processo de gaseificador de corrente descendente utilizando Python e o software simulador de processos químicos UniSim Design. O estudo foi feito usando duas fontes diferentes de biomassa, caroço de azeitona e resíduo de madeira. Um modelo cinético e termodinâmico foi desenvolvido para primeiro avaliar o processo de pirólise, e usando o software Unisim Design um processo de gaseificação foi desenvolvido. Os principais resultados obtidos permitem concluir que a biomassa com maior teor de umidade (resíduo de madeira) foi mais suscetível à influência da temperatura no processo do que a biomassa com menor teor de umidade (azeitona), levando à formação de composições para H2 de aproximadamente 0,246 (fracção mássica) entre 100 e 400 °C para a caroço oleícola e 0,106 e 0,0105 (fracção mássica) para o resíduo de madeira entre 100 e 400 °C, em equivalência estequiométrica entre biomassa, vapor e água. A fossa de azeitona gerou maior formação de hidrogênio e metano. O aumento da temperatura e da entrada de vapor favorece a formação de H2, CO e CO2 enquanto diminui a formação de CH4, H2 obteve uma variação de 0,250 a 0,234 (fração mássica) para caroço de azeitona e 0,106 e 0,103 (fração mássica) para a resíduo de madeira em uma equivalência molar biomassa/vapor entre 0,5 e 4. O aumento do fluxo de vapor resulta no aumento da formação de CO2 e H2, e o aumento do fluxo de ar diminui a formação desses produtos. O aumento do fluxo de vapor diminui a formação de CH4 e CO. A temperatura de vapor de 250 °C é a que tem o maior rendimento de hidrogênio e menor formação de metano.Brito, PauloGomes, HélderVieira, Admilson LopesBiblioteca Digital do IPBBonifácio, Matheus2023-04-19T11:04:30Z20232023-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10198/28197TID:203274830enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-21T11:01:58Zoai:bibliotecadigital.ipb.pt:10198/28197Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T23:18:17.707969Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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