ENERGY AND EXERGY ANALYSIS OF RICE STRAW GASIFICATION

In this study, energy and exergy ana-lyzes were performed in the gasification of rice straw pellets prepared in 5 different blends: PRF (reference sample with no additives), PVA3 (rice straw + 3% PVA), PML5 (rice straw + 5% molasses), PC5 (rice straw + 5% coal dust), and PC15 (rice straw + 15% coal dust). The average mass flow rates was measured in the gasification process. The tar and gas flow rates varied between 5.30g/s and 5.70g/s, 0.063g/s and 0.069g/s and between 0.424mol/s and 0.464mol/s, re-spectively. The heating value (LHV) of the pellets ranged from 12.45MJ/kg to 12.93MJ/kg. The calorific values of the obtained syngas samples were between 3885.5MJ/Nm3 and 4427.7MJ/Nm3. The energy effi-ciency of the pellet samples in gasification ranged from 53.44% to 58.01% and exergy efficiency varied from 49.19% to 53.48%. The lowest irreversibility value in the gasification process was 36.74kW in PC5 pellet, the highest irreversibility value was 44.21kW in PRF pellet. As a result of the thermodynamic anal-ysis of the pellet samples in gasification, it was con-cluded that there is no need to add any additives in the pelletization of the rice straw. © 2022, Latin American Applied Research. All Rights Reserved.113O434We would like to thank TUBITAK for supporting this project that numbered 113O434. The gasifier used in this research was developed within the scope of the TUBITAK project

FARKLI BİYOKÜTLE SAPLARININ GAZLAŞTIRILMASI AMACIYLA LABORATUVAR TİPİ BİR GAZLAŞTIRICININ GELİŞTİRİLMESİ

Bu projede, bölgemizde yoğun olarak yetiştirilen çeltik ve kanola ürünlerinin hasattan sonra tarlada kalan saplarının gazlaştırılarak enerji içeriklerinin değerlendirilmesi için laboratuvar tipi bir gazlaştırıcı tasarlanmış ve imalatı yapılmıştır. Bölgeden toplanan çeltik ve kanola sapları peletlenerek biyokütle yakıt haline getirilmiş ve analizleri yapılmıştır. Geliştirilen gazlaştırıcının denemeleri çeltik ve kanola sapından imal edilmiş peletler kullanılarak başarıyla gazlaştırılmıştır. Gazlaştırma denemeleri sonucunda, kömür katkısının çeltik sapı peletleri için sentez gaz ısıl değerini arttırdığı (3,686 MJ/Nm3 değerinden 3,71 MJ/Nm3 değerine) ancak özgül gazlaşma hızının da artmasıyla beraber verime etkisinin olumsuz olduğu gözlemlenmiştir (katkısız peletlerde maksimum %61,9, kömür katkılı peletlerde ise maksimum %57,41) Kanola pelet örneklerinde kömür katkısı gazlaştırma parametreleri açısından olumlu etki yapmıştır (ısıl değer 7,15 MJ/Nm3 den 8,96 MJ/Nm3 değerine, ısıl etkinlik %68,85’den 81.51%’e yükselmiştir). Çeltik sapı peletlerinde içerdiği yüksek silisyum sebebiyle 800?C ve yukarı sıcaklık değerlerinde camlaşma riski taşıdığından dolayı yüksek gazlaşma hızlarına çıkılamamıştır. Kanola sapı peletleri ile çeltik sapı peletleri arasındaki performans farkının bu kadar fazla olmasının ana sebebi budur. Peletlenerek enerji yoğunluğu arttırılmış biyokütlelerin gazlaştırılması için ise tasarım sorunsuz bir şekilde çalışmış fakat peletlenmemiş, saman halindeki çeltik ve kanola saplarının gazlaştırılması için reaktör konstrüksiyonunun mevcut şekliyle uygun olmadığı, uygun olması için sürekli biyokütle besleme donanımlarını ilave edilmesi ve ebatlarda değişiklik yapılması gerektiği görülmüştür. Peletlenmemiş çeltik samanı için %37,14 gibi düşük bir verim elde edilirken, kanola samanında bu değer biraz daha yüksek elde edilerek %48,30 verime ulaşılmıştır. Aynı şekilde elde edilen singazın ısl değeride çeltik sapı için oldukça düşük (1.94 MJ/Nm3) bulunmuştur. Bu değer kanola samanı için 4,47 MJ/Nm3 olarak saptanmıştır. Özgül gazlaşma hızı ile verim ilişkisini gösteren grafikler değerlendirildiğinde; gerek kömür katkılı gerekse kömür katkısız olarak kanola sapından hazırlanmış peletlerin gazlaştırılmasında çeltik peletlerine göre çok daha yüksek özgül gazlaşma hızı önerilebileceği saptanmıştır.In this research, a laboratory scale gasifier was designed and manufactured for rice straw and canola straw to evaluate energy contents that collected from our region. Collected rice straw and canola straw from our region were prepared as biomass fuel by pelletizing and the pellets were analyzed. Experiments were realized by using rice straw and canola straw pellets and biomass samples were gasified successfully. As a result of the gasification experiments, it was observed that adding of coal powder to paddy stalk pellets increased the heat value of obtained syngas (from 3,686 MJ / Nm3 to 3.71 MJ / Nm3) while it has negative effect on the efficiency due to increaing of increasing specific gasification rate (maximum 61.9% for pellets withour coal powder and maximum 57.41% for coal powder added pellets). Adding of coal powder had a positive effect on the gasification parameters of the canola pellet samples (heat values increased from 7,15 MJ/Nm3 to 8,96 MJ/Nm3 while efficiency increased from 68,85% to 81.51%). Due to the high silicon content in the paddy pellets of the paddy, the high gasification rates could not be achieved due to the risk of glass structure at temperatures of 800 °C and above. This is the main reason why the efficiency difference between canola stalk pellets and paddy stalk pellets is so high. For gasification of pelltted biomass with increased energy density, designed reactor in this project worked smoothly. On the other hand, it has been determined that reactor construction is not suitable for the gasification of paddy and canola straws that were not pelletted and continuous biomass feeding systems should be included and changes in dimensions should be done. Lower efficiency was found for unpelletted paddy straw as 37.14% while higher value was determined for unpelletted canola straw as 48.30%. As parallel to this lower efficiency values compared to values determined for pelletted straws, heat values of syngas for unpelltted paddy straw was determined rather low (1.94 MJ/Nm3) compared to value for unpelltetd canola stalk as 4.47 MJ/Nm3. Graphs that showed that relationship between the specific gasification rate and the efficiency showed that higher specific gasification rate can be offered for gasification of both coal-added and without coal pellets prepared from canola straw compared to pellets prepared from paddy straws

Development and Testing of A Laboratory Type Gasifier for Gasification of Paddy Straw

Bu çalışma kapsamında, Trakya Bölgesi’nde yoğun olarak yetiştirilen çeltik bitkisinin hasattan sonra tarlada kalan saplarının gazlaştırılarak enerji içeriklerinin değerlendirilmesi için laboratuvar tipi bir gazlaştırıcı tasarlanmış ve imalatı yapılmıştır. Bölgeden toplanan çeltik sapları %100 sap ve %15 oranında kömür tozu ile karıştırılmış şekilde peletlenmiş ve peletlerin analizleri yapılmıştır. Gerek hammadde ve gerekse pelet örnekleri için gazlaştırma denemeleri gerçekleştirilmiş ve elde edilen gaz örneklerinin içerikleri belirlenmiştir. Gazlaştırma denemeleri sonucunda, kömür katkısının çeltik sapı peletleri için sentez gaz ısıl değerini arttırdığı (3,686 MJ/Nm3 değerinden 3,71 MJ/Nm3 değerine) ancak özgül gazlaşma hızının da artmasıyla beraber verime etkisinin olumsuz olduğu gözlemlenmiştir (katkısız peletlerde maksimum %61,9, kömür katkılı peletlerde en fazla %57,41). Çeltik sapı peletlerinin içerdiği yüksek silisyum sebebiyle 800?C ve yukarı sıcaklık değerlerinde camlaşma riski taşıdığından dolayı yüksek gazlaşma hızlarına çıkılamamıştır. Peletlenerek enerji yoğunluğu arttırılmış biyokütlenin gazlaştırılması için ise tasarım sorunsuz bir şekilde çalışmış fakat peletlenmemiş, saman halindeki çeltik saplarının gazlaştırılması için reaktör konstrüksiyonunun mevcut şekliyle uygun olmadığı, uygun olması için sürekli biyokütle besleme donanımlarını ilave edilmesi ve ebatlarda değişiklik yapılması gerektiği görülmüştür. Peletlenmemiş çeltik samanı için %37,14 gibi düşük bir verim elde edilmiştir. Aynı şekilde elde edilen singazın ısıl değeride çeltik sapı için oldukça düşük (1.94 MJ/Nm3 ) bulunmuştur.In this research, a laboratory scale gasifier was designed and manufactured for rice straw straw that stayed on the field after harvesting to evaluate energy contents. Collected rice straw from our region was pelletted (100% straw pellet and pellet mixtured with 15% coal powder) and the pellets were analyzed. Experiments were realized by using both rice straw and pellets and biomass samples were gasified and compositions of obtained gas samples were determined . As a result of the gasification experiments, it was observed that adding of coal powder to paddy stalk pellets increased the heat value of obtained syngas (from 3,686 MJ / Nm3 to 3.71 MJ / Nm3 ) while it has negative effect on the efficiency due to increasing of specific gasification rate (maximum 61.9% for pellets without coal powder and maximum 57.41% for coal powder added pellets). Due to the high silicon content in the paddy pellets of the paddy, the high gasification rates could not be achieved due to the risk of glass structure at temperatures of 800 °C and above. For gasification of pelletted biomass with increased energy density, designed reactor in this project worked smoothly. On the other hand, it has been determined that reactor construction is not suitable for the gasification of paddy straws that were not pelletted and continuous biomass feeding systems should be included and changes in dimensions should be done. Lower efficiency was found for unpelletted paddy straw as 37.14%. As parallel to this lower efficiency values compared to values determined for pelletted straws, heat values of syngas for unpelletted paddy straw was determined rather low (1.94 MJ/Nm3 )

A Prototype Downdraft Gasifier Design with Mechanical Stirrer for Rice Straw Gasification and Comparative Performance Evaluation for Two Different Airflow Paths

In this research, a prototype downdraft throatless gasifier was designed with a mechanical stirrer. The gasifier was designed for gasification of rice straw pellets. The diameter of the reactor was 350 mm and a nominal value for the heat power of biomass input was 70 kW. Rice straws which were collected from Thrace Region of Turkey gasified for determination of the designed gasifier performance in Namik Kemal University Biosystem Engineering Laboratories. The effects of airflow path and stirring process on the gasification efficiency during the gasification process were investigated. Temperatures and airflow rates observed and adjusted by controlling the air flow rate in the automation system constantly. Pellets were gasified using two different airflow paths with the same equivalence ratio of 0.2 and these were compared. Air inlet from the top showed better results than air inlet from tuyeres. For the air inlet from the top, the higher heating value of producer gas was determined as 5.047 MJ Nm(-3) and cold gas efficiency was calculated as 65.4%. H-2/CO ratio was found as 1.385 which was higher than the air inlet from tuyeres.TUBITAKTurkiye Bilimsel ve Teknolojik Arastirma Kurumu (TUBITAK) [113O434]We would like to thank TUBITAK for the supporting this project that numbered 113O434. The experimental gasifier laboratory established by this TUBITAK Project

Development Of PLC Based Prototype Data Acquisition And Control System For Laboratory Type Gasifiers

Bu araştırmada farklı tip gazlaştırıcılar üzerine monte edilerek gazlaştırma süreçlerinin izlenmesini sağlayacak PLC kontrollü bir veri toplama ve kontrol sistemi gerçekleştirilmiştir. Sistem, modüler yapıda olup genişletilmeye uygun analog ve dijital giriş/çıkış modülleri ile donatılmıştır. Araştırmada gerçekleştirilen prototip sistem ile termokupllar, yük hücreleri ve basınç sensörleri gibi farklı tip algılayıcılardan gelen analog ve dijital veriler algılanabilmektedir. Ayrıca PLC’nin analog çıkış kanallarından gönderilen sinyaller ile reaktörler üzerindeki fan, motor ve oransal vanaların kontrolleri sağlanarak çalışma hızları denetlenebilmektedir. Geliştirilen prototip veri toplama ve kontrol sistemi ile laboratuvar ölçekli bir gazlaştırıcıda gerçekleştirilen gazlaştırma süreçleri, bir operatör paneli üzerinden takip edilirken, süreç değişkenleri 60s periyot ile USB belleğe kaydedilebilmektedir. Sistem, genişleme modülleri ile donatılarak endüstriyel amaçlı büyük tesislerin kontrolü için de kullanılabilecek mimari yapıya sahiptir. Geliştirilen sistemin başarısı yürütülen deneysel çalışmalar ile test edilmiş ve elde edilen sıcaklık, basınç, debi ve kütle değişimi grafikleri metin içerisinde sunulmuştur.In this research, a PLC controlled data acquisition and control system has been designed which is installed on different types of gasifiers to monitor the gasification processes. It is a modular system and equipped with analog and digital input / output expansion modules. The prototype system in the research can detect analogue and digital data coming from different types of sensors such as thermocouples, load cells and pressure sensors. In addition, operating speeds of the fans, motors and proportional valves on the reactors can be controlled by providing signals from the analog output channels of the PLC. With the developed prototype data acquisition and control system, the process variables can be saved to USB memory with 60 s period and monitored on a HMI touch panelduring gasification processes performed in a laboratory scale gasifier. By equipping with expansion modules, this system can be used to control large industrial plants. The developed system has been tested successfully in experimental studies and the obtained graphs of temperature, pressure, flow and mass change are presented in the text

A prototype downdraft gasifier design with mechanical stirrer for rice straw gasification

Çeltik sapı, biyokütle gazlaştırma teknolojileri ile değerlendirilebilecek Trakya bölgesindeki en önemli tarımsal atıklardan biridir. Bu çalışmada çeltik sapı gazlaştırması için, boğazsız tip sabit yataklı aşağı akışlı mekanik karıştırıcılı bir prototip gazlaştırıcı tasarlanmıştır. Çeltik sapları farklı katkı maddeleri katılarak peletlenip gazlaştırılmıştır. Bu amaçla katkısız (PRF), %3 PVA katkılı (PVA3), %5 Melas katkılı (PM5), %5 kömür tozu katkılı (PC5) ve %15 kömür tozu katkılı (PC15) peletler kullanılmıştır. Gazlaştırma işleminde hava giriş şeklinin, hava fazlalık katsayısının, karıştırma işleminin gazlaştırma verimi üzerine etkisi araştırılmıştır. Ayrıca, reaktör içerisinde kor bölgesindeki sıcaklığın camlaşma ve aglomerasyon üzerine etkileri gözlenmiştir. Araştırmanın sonucunda kor bölgesindeki sıcaklığın 800°C’yi aşması durumunda camlaşma olayının başladığı saptanmıştır. Gazlaştırma işleminde üstten hava girişi ve 0,20 hava fazlalık katsayısı en iyi sonucu vermiştir. Karıştırma işleminin çeltik sapının gazlaştırılmasında olumlu sonuç vermediği gözlenmiştir. Pelet örnekleri belirlenen en uygun yöntemle gazlaştırılmış ve elde edilen sentez gazı analiz edilerek ısıl verimler karşılaştırılmıştır. Sentez gazı için en yüksek alt ısıl değer 4,430 MJ?Nm-3 ile yalnızca çeltik sapı kullanılan (PRF) peletlerle, en düşük alt ısıl değer 3,899 MJ?Nm-3 ile %15 kömür tozunun kullanıldığı (PC15) peletlerle yapılan gazlaştırma işleminde elde edilmiştir. En yüksek gazlaştırma verimi katkısız pelet (PRF) örneklerinde %64,8 değeri ile elde edilmiştir. En düşük gazlaştırma verimi %59,6 ile %15 kömür karışımında olmuştur. Pelet örneklerinin gazlaştırma verimleri arasındaki fark istatistiki olarak önemli bulunmuştur.Rice straw is one of the most important agricultural residue in Trakya region that can be evaluated by biomass gasification technologies. In this research, a throathless type fixed bed downdraft gasifier prototype with mechanical stirrer has been designed for rice straw gasification. Rice straw was pelleted by using different additive materials and these pellet samples were gasified. For this purpose, pure (PRF), 3% PVA doped (PVA3), 5% molasses doped (PM5), 5% charcoal powder doped (PC5) and 15% charcoal powder doped (PC15) pellets were used. Experiments were conducted using throathless type reactor. The effects of air inlet direction, air excess coefficient and mixing process the gasification efficiency during the gasification process were investigated. In addition to these, effects of temperature in the reactor core zone on glass transition and agglomeration have been observed. According to research results, it was determined that glass transition started when the temperature in core zone exceeds 800°C. The best result was obtained in gasification process with upper air intake and excess air coefficient of 0,20. It was observed that the mixing process have not positive result during the gasification of rice straw. Pellet samples were gasified using most appropriate method that was determined by experiments and obtained synthesis gas yields were compared. The maximum lower heating value of syngas was determined for gasification process that was performed using pure rice straw pellets (PRF) as 4,430 MJ?m-3 while the minimum lower heating value was determined for gasification process that was performed using 15% coal dust doped pellets (PC15) as 3,899 MJ?m-3 . The highest gasification efficiency was determined using pure rice straw pellets (PRF) as 64,8 % and the lowest gasification efficiency was determined using 15% coal dust doped pellets (PC15) as 59,6%. Difference between gasification efficiency of pellet samples was found statistically significant

Cycle time optimisation in injection process for polystrene

Plastik enjeksiyon prosesinde çevrim zamanı, verimlilik ve ekonomiklik açısından büyük önem taşımaktadır. Üretilecek parça için belirlenmiş kalite kriterlerinden ödün vermeden çevrim zamanının iyileştirilmesi verimliliği arttıracak ve önemli ölçüde tasarruf sağlanmasına yol açacaktır. Bu çalışmada plastik enjeksiyon prosesinde etkili olan; hammadde, enjeksiyon makinesi, enjeksiyon parametreleri incelenmiştir. Polistiren (PS) bir parçanın enjeksiyon prosesinde çevrim zamanının optimizasyonu için uygulamalı çalışmalar yapılmıştır. Uygulamalar gerekli ön çalışmalar yapıldıktan sonra pratik olarak enjeksiyon makinesi başında yapılmış elde edilen sonuçlar incelenmiştir.Cycle time is very important in injection moulding process of thermoplastics to be efficient and economic. While the quality criterias defined for the part kept, making the cycle time shorter improves the efficiency and save money and time. In this study, row material, injection machine and injection parameters which are effective in injection process are investigated. Application studies done for optimizing the cycle time of injection moulding process for polystyrene. After doing necessary pre- studies, the applications done with injection machines and the results are evaluated

Laboratuvar Tipi Gazlaştırıcılar İçin Plc Tabanlı Prototip Veri Toplama Ve Kontrol Sisteminin Geliştirilmesi

Bu araştırmada küçük ölçekli gazlaştırıcılar üzerine monte edilerek gazlaştırma süreçlerinin izlenmesini sağlayacak PLC kontrollü bir veri toplama ve kontrol sistemi gerçekleştirilmiştir. Sistem yapısal olarak genişletilmeye uygun analog ve dijital giriş/çıkış kanalları ile donatılmıştır. Araştırmada gerçekleştirilen prototip sistem termokupllar, yük hücreleri ve basınç sensörlerinden gelen analog verileri algılayabilmektedir. Geliştirilen prototip veri toplama ve kontrol sistemi ile laboratuvar ölçekli bir gazlaştırıcıda gerçekleştirilen gazlaştırma süreçleri görsel olarak bir operatör paneli üzerinden takip edilirken, süreç değişkenleri olan sıcaklık, basınç ve ağırlık bilgileri 60s periyot ile flash belleğe kaydedilmiştir. Geliştirilen sistem, PLC’nin analog çıkış kanalları üzerinden kontrol sinyalleri de gönderebilmektedir.In this research, PLC controlled data acquisition and control system mounted on a small scale gasifier is developed to enable monitoring of the gasification process. The system is equipped with appropriate analog and digital input/output channels to be expanded structurally in the future. The developed prototype system in this study detects the analog data coming from thermocouples, load cells and pressure transducers. In the developed data acquisition and control system, gasification process is monitored via an operator panel in a laboratory scale gasifier and data coming from sensors are recorded on a flash memory with a base period of 60s during process. Developed system is capable of sending control signals over its analog output channels of PLC