塑料废物和生物质的氧气蒸汽流化床联合气化:实验研究和CFD模拟
Ashish Bhattarai1, Hassan Khodaei2, Sushil Adhikari2
1Biosystems Engineering Department, Auburn University, 200 Corley Building, Auburn, AL 36849, USA.
Waste management (New York, N.Y.)
|June 7, 2025
概括
这项研究探讨了塑料废物和生物质的低温氧气蒸汽合气化,将其转化为有价值的合成气. 一个详细的模型准确地预测了气化性能,帮助工业扩大可持续废物管理.
科学领域:
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
- 环境科学 环境科学
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 由于回收率低,降解速度缓慢,塑料废物对环境构成重大挑战.
- 气化为将塑料废弃物转化为合成气提供了一个有前途的途径,合成气是一种有价值的能源或前体.
- 生物质和塑料的低温氧气蒸汽联合气化研究有限.
研究的目的:
- 研究松树残留与各种塑料 (PET,HDPE,LDPE,PP,PS) 的低温氧气蒸汽联合气化.
- 开发和验证一个全面的计算流体动力学 (CFD) 模型来模拟这个过程.
- 解决现有的气化模型过度简化问题,包括详细的反应动力学,包括焦油裂变.
主要方法:
- 同气化实验是在低温 (715-745°C) 中使用松树残留物和不同类型的塑料进行的.
- 一个欧勒-欧勒 CFD 模型与详细的 1D 化学反应模型相结合.
- 化学模型包含13种反应:六种氧化,五种还原和两种焦油裂变反应.
主要成果:
- 碳转化效率在57.98% (聚乙烯-生物质50/50) 到78.20% (纯生物质) 之间.
- 开发的模型准确地预测了合成气的组成 (C2-C3,CH4,CO,H2,CO2),平均根的平均平方误差低于5%.
- 该模型成功模拟了塑料废物的氧蒸汽流化床气化.
结论:
- 该研究成功地证明了塑料废物和生物质低温氧气蒸汽联合气化的可行性.
- 经过验证的CFD模型为理解和优化流程提供了一个强大的工具.
- 这些发现和模型对于工业合气化设施的初步扩展和设计非常有价值.
