Till innehåll på sidan

Gasification of biochars: Evolution of pore structure, effects of alkalis and alkali release

Tid: Fr 2023-05-26 kl 10.00

Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm

Videolänk: https://kth-se.zoom.us/meeting/register/u5Uld-yuqj0uE9HxDm0GdUZIEaz4jY8C5e9c

Språk: Engelska

Ämnesområde: Kemiteknik

Respondent: Saiman Ding , Kemisk apparatteknik, Processteknologi

Opponent: Professor Jukka Konttinen, Tampere University

Handledare: Professor Klas Engvall, Kemisk apparatteknik, Processteknologi; Universitetslektor Efthymios Kantarelis, Kemisk apparatteknik, Processteknologi, Materialvetenskap

Exportera till kalender

QC 2023-04-26

Abstract

Förnybara  energikällor  behövs  för  att  möta  den  ökande  efterfrågan  på energianvändning,  samtidigt  med  behoven  av  att  minska  den  negativa miljöpåverkan  som  användningen  av  fossila  bränslen  medför.  Förgasning  är  en effektiv  teknologi  för  att  omvandla  biogent  avfall  till  värdefulla  gasformiga produkter.  I omvandlingsprocessen förkolas biomassan till biokol i ett intermediärt steg.  Hastigheten  för  omvandlingen  av  biokolet  spelar  en  avgörande  roll  vid förgasningen  av  biogena  material.  Denna  omvandling  påverkas  väsentligt  av biokolets egenskaper såsom kolstruktur och dess alkaliinnehåll. I denna avhandling presenteras  resultat  som  relaterar  till  inverkan  av  kolstrukturens  utveckling  och innehåll  av  alkalier  vid  förgasningen  av  biokol  samt  frigörandet  av  alkali  under förgasning och samförgasning. 

Experimentella  resultat  visar  på  att  genereringen  av  mikroporer  är  direkt proportionellt  mot  observerad  reaktivitet  upp  till  70  procents  kolomvandling. Därefter  är  de  katalytiska  effekterna  huvudsakligen  relaterade  till  kaliumhalten. Vidare  så  observerades  ingen  effekt  av  alkalimättnad  av  kolytan  på  biokolets reaktivitet vid studier med biokol från trämaterial med olika halter av kalium, något som observerats tidigare för biokol med högre innehåll av aska. Tillämpning av en modifierad randomiserad modell för utvecklingen av porer resulterade i en lämplig beskrivning av de slutliga stadierna i omvandlingen av biokol jämfört med andra kinetiska modeller. 

Frigörandet av alkalier och förändringar i provernas massa undersöktes med hjälp av termogravimetrisk analys tillsammans med en ytjonisationsdetektor (TGA-SID). Studierna  visar  att  en  betydande  mängd  alkalier  frigörs  mot  slutet  av  biokolets omvandling under koldioxidförgasning. För biokol från halm observerades däremot ett  fortsatt  minskat  frigörande  av  alkalier  under  hela  omvandlingsprocessen. Liknande resultat erhölls för biokolförgasning under ångförhållanden i en reaktor med en fast bädd. I detta fall är dock processen mer komplex och omfattar även överföring  av  alkalier  mellan  partiklar  inne  i  den  fasta  bädden,  vilket  påverkar kolomvandlingen.  

Samförgasning av olika typer av biomassa kan avsevärt påverka kolomvandlingens verkningsgrad. I jämförelse med rent trä så resulterade en blandning av trä och halm i positiva effekter på kolomvandlingen för omvandlingsgrader under 90 %, medan  högre  omvandlingsgrader  resulterade  i  negativa  effekter.  Den  mest betydelsefulla  positiva  effekten  observerades  vid  en  förgasningstemperatur  på 900°C, särskilt vid en trä-halm-blandning med viktprocentförhållandet 75:25 

Resultaten är viktiga för förståelsen av mekanismerna för omvandlingen av kol och är  värdefull  vid  konstruktion  av  förgasare.  Forskningen  har  gett  en  djupare förståelse för utvecklingen av kolstrukturen, frigörande av alkalier och migration under förgasning av biogent material.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-326163