A study of carbon deposition on catalysts during the catalytic partial oxidation of methane to syngas in a fluidized bed

The deposition of carbon on catalysts during the partial oxidation of methane to syngas has been investigated in a fluidized bed. It was found that the relative rate of carbon deposition follows the order NiP > >d > Pt, Rh. Although the rate of carbon deposition in the fluidized bed was much lower than that in the fixed bed, carbon deposition could still be detected in the fluidized bed if a CH4/O-2 ratio in greater than 2.3 was used.

Evaluation of thermochemical biomass conversion in fluidized bed

Dado o aumento acelerado dos preços dos combustíveis fósseis e as incertezas quanto à sua disponibilidade futura, tem surgido um novo interesse nas tecnologias da biomassa aplicadas à produção de calor, eletricidade ou combustíveis sintéticos. Não obstante, para a conversão termoquímica de uma partícula de biomassa sólida concorrem fenómenos bastante complexos que levam, em primeiro lugar, à secagem do combustível, depois à pirólise e finalmente à combustão ou gasificação propriamente ditas. Uma descrição relativamente incompleta de alguns desses estágios de conversão constitui ainda um obstáculo ao desenvolvimento das tecnologias que importa ultrapassar. Em particular, a presença de elevados conteúdos de matéria volátil na biomassa põe em evidência o interesse prático do estudo da pirólise. A importância da pirólise durante a combustão de biomassa foi evidenciada neste trabalho através de ensaios realizados num reator piloto de leito fluidizado borbulhante. Verificou-se que o processo ocorre em grande parte à superfície do leito com chamas de difusão devido à libertação de voláteis, o que dificulta o controlo da temperatura do reator acima do leito. No caso da gasificação de biomassa a pirólise pode inclusivamente determinar a eficiência química do processo. Isso foi mostrado neste trabalho durante ensaios de gasificação num reator de leito fluidizado de 2MWth, onde um novo método de medição permitiu fechar o balanço de massa ao gasificador e monitorizar o grau de conversão da biomassa. A partir destes resultados tornou-se clara a necessidade de descrever adequadamente a pirólise de biomassa com vista ao projeto e controlo dos processos. Em aplicações de engenharia há particular interesse na estequiometria e propriedades dos principais produtos pirolíticos. Neste trabalho procurou-se responder a esta necessidade, inicialmente através da estruturação de dados bibliográficos sobre rendimentos de carbonizado, líquidos pirolíticos e gases, assim como composições elementares e poderes caloríficos. O resultado traduziu-se num conjunto de parâmetros empíricos de interesse prático que permitiram elucidar o comportamento geral da pirólise de biomassa numa gama ampla de condições operatórias. Para além disso, propôs-se um modelo empírico para a composição dos voláteis que pode ser integrado em modelos compreensivos de reatores desde que os parâmetros usados sejam adequados ao combustível ensaiado. Esta abordagem despoletou um conjunto de ensaios de pirólise com várias biomassas, lenhina e celulose, e temperaturas entre os 600 e 975ºC. Elevadas taxas de aquecimento do combustível foram alcançadas em reatores laboratoriais de leito fluidizado borbulhante e leito fixo, ao passo que um sistema termo-gravimétrico permitiu estudar o efeito de taxas de aquecimento mais baixas. Os resultados mostram que, em condições típicas de processos de combustão e gasificação, a quantidade de voláteis libertada da biomassa é pouco influenciada pela temperatura do reator mas varia bastante entre combustíveis. Uma análise mais aprofundada deste assunto permitiu mostrar que o rendimento de carbonizado está intimamente relacionado com o rácio O/C do combustível original, sendo proposto um modelo simples para descrever esta relação. Embora a quantidade total de voláteis libertada seja estabelecida pela composição da biomassa, a respetiva composição química depende bastante da temperatura do reator. Rendimentos de espécies condensáveis (água e espécies orgânicas), CO2 e hidrocarbonetos leves descrevem um máximo relativamente à temperatura para dar lugar a CO e H2 às temperaturas mais altas. Não obstante, em certas gamas de temperatura, os rendimentos de algumas das principais espécies gasosas (e.g. CO, H2, CH4) estão bem correlacionados entre si, o que permitiu desenvolver modelos empíricos que minimizam o efeito das condições operatórias e, ao mesmo tempo, realçam o efeito do combustível na composição do gás. Em suma, os ensaios de pirólise realizados neste trabalho permitiram constatar que a estequiometria da pirólise de biomassa se relaciona de várias formas com a composição elementar do combustível original o que levanta várias possibilidades para a avaliação e projeto de processos de combustão e gasificação de biomassa.

Hydrodynamic Study of Swirling Fluidized Bed and the Role of Distributor

The study aims to the hydrodynamic characteristics of swirling fluidized bed, using large particles (Geldart D-type) selected from locally available agricultural produce (coffee beans and black pepper). The important variables considered in the present study include percentage area of opening, angle of air injection and the percentage useful area of the distributor. A total of seven distributors have been designed and fabricated for a bed column of 300 mm, namely single row vane type distributors (15˚ and 20˚ vane angle), inclined hole type distributors (15˚ and 20˚ vane angle) and perforated plate distributors. The useful area of distributor of single row vane type, three now vane-type and inclined hole-type distributors are respectively 64%,91% and 94%. The hydrodynamic parameters considered in the present study include distributor pressure drop, air velocity, minimum fluidizing velocity, bed pressure drop, bed height and the bed behaviour. It has been observed that, in general, the distributor pressure drop decreases with an increase in the percentage area of opening, Further, and increase in the area of opening above 17% will not considerably reduce the distributor pressure drop. In the present study, for the distributor with an area of opening 17%, and corresponding to the maximum measured superficial velocity of 4.33 m/s, the distributor pressure drop obtained was 55.25mm of water. The study on the bed behavior revealed that, in a swirling fluidized bed, once swirl motion starts, the bed pressure drop increases with superficial velocity in the outer region and it decreases in the inner region. This means that, with higher superficial velocity, the air might get by-passed through the inner boundary of the bed (around the cone). So, depending on the process for which the bed is used, the maximum superficial velocity is to be limited to have an optimum bed performance.