The results of the research on determining the optimal values of the parameters for brown coal gasification process

Authors

  • Avirmed Tumenbayar School of Power Energy, Mongolian University of Science and Technology, Ulaanbaatar 14191, Mongolia https://orcid.org/0000-0002-5460-6054
  • Budeebazar Avid Laboratory of Coal Chemistry and Technology, Institute of Chemistry and Chemical Technology, Mongolian Academy of Sciences, Ulaanbaatar 13330, Mongolia
  • Bold Tungalagtamir School of Applied Sciences, Mongolian University of Science and Technology, Ulaanbaatar 14191, Mongolia
  • Choidorj Dashpuntsag School of Power Energy, Mongolian University of Science and Technology, Ulaanbaatar 14191, Mongolia

DOI:

https://doi.org/10.5564/bicct.v10i10.2594

Keywords:

gas generator, blowing air and steam, pressure, temperature

Abstract

This research aims to calculate the possibility of increasing the efficiency of energy production and reducing costs by replacing imported fuel oil by gasification of lignite for energy purposes and by determining the optimal values of the main parameters affecting it. For this study, 3073 tests were performed in the range of gasification pressure 1-25 bar, temperature 200-1000 oC, blowing air consumption 50-250 kg/h, water vapor consumption 5-50 kg/h. As a result of the research work, highly plausible nonlinear regression mathematical models were developed, which were checked with appropriate parameters to express the composition and calorific value of the combustion gas produced by the gasification process of Baganuur and Shivee-Ovoo lignite using the Aspen plus program. The results were coded in the Matlab program and the optimal values of the parameters were obtained. When P*=8 bar, T*=700oC, Gair*=100 kg/h, and Gsteam*=5 kg/h in Baganuur coal, CO=40.8%, H2=23.16%, CH4=4.5% in the composition of coal combustion gas and calorific value Q= 2346.4 kcal/m3 , Shivee-Ovoo coal has P*=10 bar, T*=700 oC, Gair*=80 kg/h, Gsteam*=5 kg/h while CO=28.7%, H2=25.5%, CH4=3.4%, calorific value of coal combustion gas is defined as Q= 1740 kcal/m3. Using the above results and mathematical models obtained in the research work, it has the advantage of saving time and money to be spent on pre-calculating, planning, managing the production process and developing a feasibility study for the gasification of gasification for energy purposes. With the introduction of this technology, it is estimated that the cost of gasification of Baganuur coal for 1 Gcal of heat treatment can be 6.41 times lower than the cost of burning fuel oil, so it is important to conduct research and calculations on the basis of the technology of producing combustion gas for energy purposes in the future.

Хүрэн нүүрсний хийжүүлэлтийн процессын параметрийн оновчтой утгыг тодорхойлсон судалгааны үр дүнгээс

Хураангуй: Хүрэн нүүрсийг эрчим хүчний зориулалтаар хийжүүлж, түүнд нөлөөлөх үндсэн параметрүүдийн оновчтой утгыг тодорхойлох замаар шатах хийн илчлэгийг дээшлүүлж, импортоор авдаг мазутыг орлуулан эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн үр ашгийг нэмэгдүүлэх, өртөг зардлыг бууруулах боломжийг тооцоход энэхүү судалгааны ажил зорьсон болно. Ингэхдээ хийжүүлэлтийн даралтыг 1-25 бар, температур нь 200-1000 оС, үлээлгийн агаарын зарцуулалт 50-250 кг/ц, усны уурын зарцуулалт 5-50 кг/ц байх хязгаарт 3073 удаагийн туршилтыг гүйцэтгэсэн. Судалгааны ажлын үр дүнд Багануур ба Шивээ-Овоогийн хүрэн нүүрсний Аспен плас (Aspen plus) программ дээр хийсэн хийжүүлэлтийн процессоос үүсэх шатах хийн найрлага, илчлэгийг илэрхийлэх зохих шинжүүрүүдээр шалгагдсан, үнэмшил өндөртэй шугаман биш регрессийн математик загваруудыг гарган үр дүнг Matlab программ дээр кодлон параметрүүдийн оновчтой утгыг Багануурын нүүрсэнд P*=8 бар,T*=700 оС, Gаг*=100 кг/ц, Gуур*=5 кг/ц байхад нүүрсний шатах хийн найрлага дахь CO=40.8%, H2=23.16%, CH4=4.5%, илчлэг нь Q аж до = 2346.4 ккал/м3 , Шивээ-Овоогийн нүүрсэнд P*=10 бар,T*=700 оС, Gаг*=80 кг/ц, Gуур*=5 кг/ц байхад нүүрсний шатах хийн найрлага дахь CO=28.7%, H2=25.5%, CH4=3.4%, илчлэг нь Q аж до = 1740 ккал/м3 гэж тодорхойлсон. Судалгааны ажлын хүрээнд гаргаж авсан дээрх үр дүн, математик загварыг ашиглан үйлдвэрлэлийн процессыг урьдчилан тооцоолох, төлөвлөх, удирдах болон эрчим хүчний зориулалттай шатах хий үйлдвэрлэх хийжүүлэлтийн ТЭЗҮ-ийг боловсруулахад зарцуулагдах цаг хугацаа, хөрөнгө мөнгийг хэмнэх давуу талтай. Энэхүү технологийг нэвтрүүлснээр 1 Гкал дулаан боловсруулахад Багануурын нүүрсийг хийжүүлэн ашиглахад гарах зардал нь мазутыг түлэхэд гарах зардлаас 6.41 дахин бага байх боломжтой гэсэн тойм тооцоо учир цаашдаа эрчим хүчний зориулалттай шатах хий үйлдвэрлэх технологийг эрчим хүчний үйлдвэрүүдийг түшиглэн барих тал дээр судалгаа, тооцооллыг хийх нь ач холбогдолтой.

Түлхүүр үг: хийн генератор, уур-агаар, үлээлгэ, даралт, температур

Downloads

Download data is not yet available.
Abstract
106
PDF 188

References

Монгол улсын геологи, уул уурхай, газрын тос, хүнд үйлдвэрийн салбар, АМГТГ-ын 2016 оны үйл ажиллагааны тайлан, 2017-2020 оны төсөөлөл, хүрэх үр дүн. Ашигт малтмал, газрын тосны газар. Улаанбаатар. 46х.

Б.Авид (2018). Нүүрсний хими, технологи. Улаанбатар. 8х, 11х, 93х, 104х.

Монгол улсын нүүрсний салбарын өнөөгийн байдал. http://www.coalmining.mn/танин-мэдэхүй-/монгол-улсын-нүүрсний-салбарын-өнөөгийн-байдал

Ж.Нарангэрэл (2012). Нүүрсний хими, технологийн үндэс. Хоёр дахь хэвлэл. Улаанбаатар. 9х, 12-14х, 123-124х, 311х, 314х, 316х.

Ч.Дашпунцаг, Д.Хишигсайхан (2015). Нүүрсийг түлш, эрчим хүч-технологийн зориулалтаар ашиглах арга зүйн үндэс. Улаанбаатар. 19х, 39х, 79х, 82-84х.

В.П.Латышев, С.В.Мельник (2004). Технология производства горючего газа из бурых углей в газогенераторе кипящего слоя. Химия и металлургия. Вестник ИрГТУ. 3(19):115-117.

D.A.Bell, B.F.Towler, M.Fan (2011). Coal Gasification and its applications. William Andrew Applied Science Publisher. 38-45, 73-98 https://doi.org/10.1016/C2009-0-20067-5

G.J.Speight (2013). The Chemistry and technology of coal. Third Edition. CRC Press, 1, 616, 618, 635-644.

И.В.Калечица (1980). Химические вещества из угля. М.:Химия. cтр 157, 161-164, 168-190.

В.Г.Липович, Г.А.Калабин, Г.А.Калечиц (1988). Химия и переработка угля. Москва. Химия, стр.39-40, 247.

N.V.Khartchenko, V.M.Kharchenko (2014). Advanced energy systems. Second Edition. CRC Press p.40-41, 61-63, 65-71.

P.A.Nikrityuk, B.Meyer (2014). Gasification processes: Modeling and Simulation. Wiley-VCH, Germany. ISBN: 978-3-527-67321-6. p.29-36.

C.Higman, M.van der Burgt (2003). Gasification. Gulf professional Publishing. p.3-5, 10, 22, 92-123. https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-7707-3.X5000-1

S.Lee, J.G.Speight, S.K.Loyalka (2007). Handbook of alternative fuel technologies. CRC Press. p.33, 35, 37, 62-63.

L.Shadle, D.Berry, M.Syamlal (2007). Coal gasification (Chapter only). p.771-799.

V.Dillibabu, E.Natarajan (2015). Green energy from biomass gasification. Journal of Chemical and Pharmaceutical Sciences. 7:183-185.

M.Ściążko, L.Stępień (2015). A modified Gibbs free energy minimisation model for fluid bed coal gasification. Chemical and Process Engineering. 36(1):73-87. DOI: 10.1515/cpe-2015-0006

R.Fernando (2014). Developments in modelling and simulation of coal gasification. IEA Clean coal centre. 1-77. ISBN 978-92-9029-552-5

X.T.Li, J.R.Grace, C.J.Lim, A.P.Watkinson, H.P.Chen, J.R.Kim (2004). Biomass gasification in a circulating fluidized bed. Biomass and Bioenergy. 26(12):171–193. https://doi.org/10.1016/S0961-9534(03)00084-9

A.Kishore, K.A.V.Ramanjaneyulu (2015). Simulation of biomass gasification in fluidized bed using Aspen plus. Sixth International Conference on Chemical, Biological and Environment Sciences. Dubai. Corpus. ID:10290124.

S.Ilaiah, D.V.Sasikanth, B.Satyavathi (2016). Process simulation of an entrained fluidized bed biomass gasification using Aspen plus. International Journal of Advance Research in Science and Engineering, 5(4):274-281.

H.Chang, F.Xiao, K.H.Chu, L.Anxue, L.Yongjian (2014). Industrial-scale fixed-bed coal gasification: Modeling, simulation and thermodynamic analysis. Chinese Journal of Chemical Engineering. 22(5):522-530. https://doi.org/10.1016/S1004-9541(14)60066-5

E.J.Preciado, J.J.Ortiz-Martinez, J.C.Gonzalez-Rivera, R.Sierra-Ramirez, G.Gordillo (2012). Simulation of synthesis gas production from steam oxygen gasification of Colombian coal using Aspen plus, Energies. 5(12):4924-4940. https://doi.org/10.3390/en5124924

N.Ramzan, M.Athar, S.Begum, S.W.Ahmad, S.Naveed. Simulation of circulating fluidized bed gasification for characteristic study of Pakistani coal. Polish Journal of Chemical Technology. 17(1):66-78. https://doi.org/10.1515/pjct-2015-0011

K.Xiangdong, Z.Weimin, D.Wenli, Q.Feng (2013). Three stage equilibrium model for coal gasification in entrained flow gasifiers based on aspen plus. Process systems engineering and process safety Chinese Journal of Chemical Engineering. 21(1):79-84. https://doi.org/10.1016/S1004-9541(13)60444-9 .

F.Uddin, S.A.Taqvi, I.Memon (2016). Process simulation and sensitivity analysis of indirect coal gasification using Aspen plus model, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 11(17):10546-10552.

X.Li, J.R.Grace, A.P.Watkinson, C.J.Lim, A.Ergu (2001). Equilibrium modeling of gasification: a free energy minimization approach and its application to a circulating fluidized bed coal gasifier, Fuel. 80(2):195-207. https://doi.org/10.1016/S0016-2361(00)00074-0

S.Syed, I.Janajreh, C.Ghenai (2012). Thermodynamics equilibrium analysis within the entrained flow gasifier environment. International Journal of Thermal and Environmental Engineering. 4(1):47-54.

A.Żogała (2014). Equilibrium simulations of coal gasification – factors affecting syngas composition. Journal of Sustainable Mining. 13(2):30–38.

Ю.С.Кузнецов, Г.Г.Михайлов, О.И.Качурина (2014). Термодинамический анализ реакции водяного газа, Вестник ЮУрГУ. Серия Металлургия. 14(1):5-11.

C.B.Magdalena,z, M.Jacek Łączny, A.Smoliński, S.Iwaszenko (2013). Equilibrium model of steam gasification of coal. Journal of Sustainable Mining. 12(2):21-28. https://doi.org/10.7424/jsm130203

https://www.aspentech.com/en/about-aspentech

https://en.wikipedia.org/wiki/Redlich%E2%80%93Kwong_equation_of_state

Гранд Повер” ХХК-н вэб хуудас: www.gpower.mn

Н.Г.Юдушкин. Газогенераторные тракторы. Москва. 1955. стр-10, 12-13, 31, 85.

Downloads

Published

2022-12-30

How to Cite

Tumenbayar, A., Avid, B., Tungalagtamir, B., & Dashpuntsag, C. (2022). The results of the research on determining the optimal values of the parameters for brown coal gasification process. Bulletin of the Institute of Chemistry and Chemical Technology, 10(10), 48–57. https://doi.org/10.5564/bicct.v10i10.2594

Issue

Section

Articles