شبیه‌سازی و بهینه‌سازی تولید هیدروژن به کمک فرایند گازسازی زغال‌سنگ

در این مطالعه، تولید هیدروژن با استفاده از فرایند گازسازی زغال‌سنگ در راکتور بستر متحرک شبیه‌سازی و بهینه‌سازی شده است. در این راکتور زغال‌سنگ از بالا و ترکیب گاز اکسنده و بخار آب از پایین به ‌صورت متقابل با جامد در تماس قرار گرفته و گاز به‌دست آمده از واکنش از بالای راکتور خارج می‌شود. نتیجه‌های به‌دست آمده از شبیه‌سازی با مقدارهای تجربی مربوط مقایسه شده است و دارای خطای نسبی میانگین 2.47% بوده که نشانگر دقت قابل قبول نتیجه‌های شبیه‌سازی می‌باشد. در ادامه اثرهای دمای گاز ورودی، فشار راکتور، نسبت بخار آب به اکسیژن و زغال به اکسیژن بر روی بازده تولید هیدروژن بررسی شده است. گرچه آثاری در خصوص مدل‌سازی راکتور بستر متحرک گازسازی زغال به چاپ رسیده اما مطالعه‌های پارامتریک محدودی برای بررسی اثر متغیرهای گوناگون روی عملکرد راکتور با زغال پیتزبورگ به عنوان خوراک در دسترس است. همچنین در این مطالعه شبیه‌سازی با دمای مجزا برای گاز و جامد برای تعیین دمای بیشینه‌ دقیق فاز جامد، اعمال سینتیک تمام واکنش‌های ممکن، استفاده هم‌زمان از مدل‌های هسته کوچک‌شونده و حجمی در ناحیه‌های گوناگون راکتور و در نظر گرفتن توزیع اجزای گاز در مرحله‌ی پیرولیز، صورت گرفته که این امر برای یافتن هرچه دقیق‌تر ترکیب گاز فراورده مفید می‌باشد. سرانجام، عملکرد راکتور برای تولید بیش‌ترین بازده تولید هیدروژن با استفاده از روش الگوریتم ازدحام ذره‌های بهینه‌سازی شده است. نتیجه‌های بهینه‌سازی نشان از افزایش 24.3 % بازده تولید هیدروژن نسبت به حالت پایه دارد.

simulation and optimization of hydrogen production using the coal gasification process

in this study, hydrogen production was simulated and optimized using the coal gasification in the moving-bed reactor. in this reactor, coal from the top and the combination of oxidizing gas and steam from below is in contact with solid and gas produced comes out from the top of reactor. the results of the simulation have been compared with the experimental values and the average relative error of 2.47% indicated acceptable accuracy of simulation results. the effects of inlet gas temperature, reactor pressure, ratio of steam to oxygen and coal to oxygen are investigated on the hydrogen production efficiency. although some studies have been published regarding the modeling of the moving-bed reactor in the coal gasification, limited parametric studies are available to investigate the effect of different variables on the reactor performance with pittsburgh coal as food. also, in this study, simulation with discrete temperature for gas and solid to determine the exact maximum temperature of the solid phase, the kinetics of all possible reactions, simultaneous use of shrinking core and volumetric models in different areas of reactor and considering the distribution of gas components in the pyrolysis stage, happened that it is useful to find out more precisely the composition of the product gas. finally, the reactor performance for generating maximum hydrogen yield is optimized using the particle swarm optimization method. the optimization results show that there is a 24.3% increase in hydrogen production yield compared to the basic mode.