การออกแบบและวิเคราะห์กระบวนการเคมิคอลลูปปิงแก๊สซิฟิเคชันของขยะมูลฝอย

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษากระบวนการเคมิคอลลูปปิงแก๊สซิฟิเคชันของขยะมูลฝอยซึ่งเป็นจัดเป็นวัตถุดิบประเภทสารชีวมวลที่มีความชื้นสูงเพื่อผลิตพลังงานความร้อนในรูปของค่าความร้อนต่ำของก๊าซสังเคราะห์ด้วยการสร้างแบบจำลองกระบวนการเคมิคอลลูปปิงแก๊สซิฟิเคชันซึ่งใช้นิกเกิลออกไซด์บนตัวรองรับอะลูมิเนียมออกไซด์เป็นตัวพาออกซิเจนซึ่งถูกดำเนินการด้วยโปรแกรมแอสเพนพลัส โดยแบบจำลองถูกพัฒนาบนพื้นฐานทางอุณหพลศาสตร์ที่สภาวะสมดุลเพื่อใช้วิเคราะห์ผลกระทบของตัวแปรดำเนินการที่สำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพเชิงความร้อนของกระบวนการเคมิคอลลูปปิงแก๊สซิฟิเคชัน สำหรับตัวแปรกระบวนที่ศึกษาประกอบด้วยอุณหภูมิของเครื่องปฏิกรณ์เชื้อเพลิง ความดันของกระบวนการ และอัตราส่วนของนิกเกิลออกไซด์ต่อคาร์บอนในขยะมูลฝอย ผลจากการศึกษาพบว่าเมื่ออุณหภูมิของเครื่องปฏิกรณ์เชื้อเพลิงสูงขึ้นส่งผลให้ปริมาณทาร์ในกระบวนการลดลง ความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์และก๊าซไฮโดรเจนเพิ่มขึ้น แต่ความเข้มข้นของก๊าซมีเทนลดลงส่งผลให้ค่าความร้อนของก๊าซสังเคราะห์เพิ่มขึ้นเล็กน้อย ดังนั้นการเพิ่มความดันจะสามารถปรับปรุงความเข้มข้นของก๊าซมีเทนให้เพิ่มขึ้นได้ ยิ่งไปกว่านั้นเมื่ออุณหภูมิเครื่องปฏิกรณ์เชื้อเพลิงสูงขึ้นส่งผลให้ค่าพลังงานความร้อนสุทธิที่ใช้ในกระบวนการจะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ด้วยเหตุนี้การเพิ่มอัตราส่วนของนิกเกิลออกไซด์ต่อคาร์บอนในขยะมูลฝอยจึงสามารถชดเชยความต้องการพลังงานความร้อนของกระบวนการได้ สำหรับงานวิจัยนี้ได้ศึกษาหาสภาวะดำเนินการที่เหมาะสมที่ทำให้กระบวนการมีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุดภายใต้เงื่อนไขการใช้พลังงานความร้อนจากกระบวนการอย่างเพียงพอ พบว่าการดำเนินงานที่สภาวะความดันกระบวนการ 1 บาร์ อุณหภูมิของเครื่องปฏิกรณ์เชื้อเพลิง 717 องศาเซลเซียส และอัตราส่วนของนิกเกิลออกไซด์ต่อคาร์บอนในขยะมูลฝอยเท่ากับ 0.26 จะทำให้ก๊าซสังเคราะห์มีค่าความร้อนต่ำสุด มีค่าเท่ากับ 0.27 เมกะจูลต่อโมล และค่าประสิทธิภาพเชิงความร้อนของกระบวนการมีค่าเท่ากับ 64.49 เปอร์เซ็นต์