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
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.