شبیه‌سازی جذب سطحی دی‌اکسیدکربن در یک راکتور بستر سیال

نوع مقاله: علمی ترویجی

نویسندگان

1 هیات علمی دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد

3 هیات علمی پژوهشگاه صنعت نفت

چکیده

در این تحقیق شبیه‌سازی هیدرودینامیک و انتقال جرم یک راکتور بستر سیال جذب واکنشی دی‌اکسیدکربن با استفاده از جاذب اکسیدکلسیم انجام گرفته است. در شبیه سازی هیدرودینامیک بستر سیال از ضریب تبادل بین فازی گیداسپا استفاده شده است. برای بررسی انتقال جرم به همراه واکنش شیمیائی از معادله‌ی ابانادز و همکارانش برای واکنش بین اکسیدکلسیم و دی‌اکسیدکربن استفاده گردید. برای ارزیابی نتایج هیدرودینامیک از داده های سرعت محوری و کسر حجمی فاز جامد درون یک بستر سیال استفاده شده است. میزان خطای مربوط به کسر جرمی دی‌اکسیدکربن در خروجی برابر با 10 درصد و بازده جذب برابر با 65 درصد بدست آمد. با بررسی اثر سرعت گاز ورودی و دمای گاز ورودی بر مقدار جذب دی‌اکسیدکربن، مشاهده گردید که با افزایش سرعت گاز ورودی میزان جذب کاهش می‌یابد. هم‌چنین افزایش دمای گاز ورودی بستر تأثیر منفی روی جذب دی اکسید کربن دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Simulation of carbon dioxide adsorption in a fluidized bed reactor

نویسندگان [English]

  • Ahad Ghaemi 1
  • Nafiseh Esmaeilzadeh 2
  • Shahrohk Shahhosseini 1
چکیده [English]

Hydrodynamic and mass transfer of CO2 reactive adsorption on calcium oxide in a fluidized bed reactor was simulated in this research. For accomplishing this task, Gidaspaw’s phases exchange coefficient was used. Moreover, Abanades et al. kinetic equation was selected to investigate the mass transfer coupled with chemical reaction between carbon dioxide and calcium oxide. Simulation results were validated using experimental data of solid phase volume fraction and axial velocity in the fluidized bed. The results showed that, the deviation of carbon dioxide mass fraction in outlet stream and adsorption performance were 10 and 65 percent, respectively. The effect of inlet gas velocity and temperature on CO2 adsorption also showed that adsorption is decreased with inlet gas velocity. It was also known that increasing of bed inlet gas temperature had negative effect on CO2 adsorption

کلیدواژه‌ها [English]

  • Adsorption
  • Carbon dioxide
  • Calcium oxide
  • CFD Simulation
  • Fluidized bed reactor

 

1. پهلوان، ع. محمدی می­آبادی، ع.، فرآیند جذب و ذخیره­سازی کربن، دومین کنفرانس برنامه­ریزی ­و مدیریت محیط‌زیست، تهران: دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه تهران، 1384.

2. Romano M. C., MartínezI., Murillo R., BjornarA., BlomR., OzcanD. C., AhnH., BrandaniS., Guidelines for modeling and simulation of Ca-Looping  processes, European energy research alliance, 2012.

3. AbanadesJ. C., Anthony E. J., Dennis Lu Y., Salvador C., Alvarez D., Capture of CO2 from Combustion Gases in a Fluidized Bed of CaO, American Institute of Chemical Engineers, Vol. 50,2004,pp 1614-1622.

4. Romano M, Coal-fired power plant with calcium oxide carbonation for post-combustion CO2 capture, Energy Procedia, Vol. 1, 2009, pp 1099–1106.

5. Dean C.C., Blamey J., Florin N.H., Al-JebooriM.J., Fennell P.S., The calcium looping cycle for CO2 capture from power generation, cement manufacture and hydrogen production, Chemical Engineering Research and Design, Vol. 89, 2011, pp836–855.

6. Hawthorne C., DieteH., BidweA., Schuster A., ScheffknechtG., UnterbergerS., KäßM.,CO2 Capture with CaO in a 200 kW Dual Fluidized Bed Pilot Plant, Energy Procedia, Vol. 4, 2011, pp 441–448.

7. Wang Y., Zhu Y., Wu S., A new nanoCaO-based CO2 adsorbent prepared using an adsorption phase technique, Chemical Engineering Journal, Vol. 218, 2013, pp 39–45.

8. Li Ch. Ch., Cheng J. Y., Liu W. H, HuangCh. M, HsuH. W.,Lin H. P., Enhancement in cyclic stability of the CO2 adsorption capacity of CaO-based sorbents by hydration for the calcium looping cycle, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, Vol. 45, 2014, pp 227–232.

9. Ranade V. V., Computational flow modeling for chemical reactor engineering, Academic press, 2002.

10. Witt P.J., Perry J.H., Schwarz M.P., A numerical model for predicting bubble formation in a 3D fluidized bed, Applied Mathematical Modeling, Vol. 22, 1998,pp 1071-1080.

11. MathiesenV., Solberg T., HjertagerB.H., An experimental and computational study of multiphase flow behavior in a circulating fuidized bed, International Journal of Multiphase Flow, Vol. 26, 2000, pp 387-419.

12. Zimmermann S., TaghipourF., CFD Modeling of the Hydrodynamics and Reaction Kinetics of FCC Fluidized-Bed Reactors, Industrial Engineering Chemical Research, Vol. 44, 2005,pp 9818-9827.

13. PapadikisK., BridgwaterA.V., GuS., CFD modeling of the fast pyrolysis of biomass in fluidized bed reactors, PartA: Eulerian computation of momentum transport in bubbling fluidized beds, Chemical Engineering Science, Vol. 63, 2008, pp 4218-4227.

14. AlmuttaharA., TaghipourF., Computational fluid dynamics of a circulating fluidized bed under various fluidization conditions, Chemical Engineering Science, Vol.63, 2008, pp. 1696 – 1709.

15. KhongpromP., Archwit A., LimtrakulS., VatanathamT., Ramachandran P. A., Axial gas and solids mixing in a down flow circulating fluidized bed reactor based on CFD simulation, Chemical Engineering Science, Vol. 73, 2012, pp 8–19.

16. Wang J., Van Der HoefM. A., KuipersJ. A. M., Comparison of two-fluid and discrete particle modeling of dense gas-particle flows in gas-fluidized beds, ChemieIngenieurTechnik, Vol. 85,2013, pp 290–298.

17. LohaC., HimadriC., PradipK.C., Assessment of drag models in simulating bubbling fluidized bed hydrodynamics, Chemical Engineering Science, Vol. 75,2012, pp 400–407.