عنوان

ادغام مدل‌سازی‌های سینتیکی و هیدرودینامیکی راکتور کربناتور چرخه کلسیم در فرایند جذب دی‌اکسیدکربن در حضور گاز دی‌اکسیدسولفور

شماره

پ۲۸۷۵۹

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

ادغام مدل‌سازی‌های سینتیکی و هیدرودینامیکی راکتور کربناتور چرخه کلسیم در فرایند جذب دی‌اکسیدکربن در حضور گاز دی‌اکسیدسولفور

نام نخستين پديدآور

محمدرضا تیزفهم

نام ناشر، پخش کننده و غيره

مهندسی شیمی و نفت

تاریخ نشرو بخش و غیره

۱۴۰۲

نام خاص و کميت اثر

۱۰۴ص.

مواد همراه اثر

سی دی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

کارشناسی ارشد

نظم درجات

مهندسی شیمی

زمان اعطا مدرک

۱۴۰۲/۰۲/۱۰

متن يادداشت

استفاده از فرایند چرخه کلسیم جهت جذب گاز CO2 موجود در گاز دودکش خروجی از نیروگاه‌ها، به عنوان یک فناوری‌ بسیار کارآمد در جهت کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای شناخته شده است. در این تحقیق، با درنظر گرفتن ویژگی‌های جاذب و هیدرودینامیک بسترسیال در رژیم سیالیت سریع، یک مدل سینتیکی بهبودیافته و یک مدل هیدرودینامیکی به‌صورت جداگانه ارائه شده و سپس این دو مدل با یکدیگر ادغام شدند. داده‌های تجربی حاصل از سیستم آزمایشگاهی راکتور بسترسیال در دو حالت حضور و عدم حضور گاز SO2 در محیط واکنش و در شرایط سخت چرخه کلسیم مورد استفاده قرار گرفته و نتایج حاصل از این داده‌ها نشان داد که پس از طی 10 چرخه متوالی، میزان تبدیل واکنش کربناسیون به‌صورت قابل‌توجهی کاهش یافته و از 2877/0 در چرخه اول به 0885/0 در چرخه دهم می‌رسد. علاوه‌براین، نتایج نشان داد که حضور گاز SO2 سبب می‌شود تا میزان تبدیل واکنش کربناسیون نسبت به شرایط عدم حضور این گاز در محیط واکنش کاهش بیشتری یافته و از 2224/0 در چرخه اول به 0111/0 در چرخه دهم برسد. در شرایط حضور و عدم حضور گاز SO2 در محیط واکنش، بیشترین خطای مطلق محاسبه‌شده میان داده‌های تجربی و نتایج حاصل از اعمال مدل سینتیکی، به‌ترتیب 5/2 و 7/1 درصد بود که نشان‌دهنده تطابق بسیار خوب این مدل با داده‌های تجربی بود. نتایج حاصل از آنالیز حساسیت نشان داد که پارامترهای موجودی جامد در داخل بستر، سرعت ورودی گاز، ثابت تخریب مواد جامد در ناحیه رقیق و کسر حجمی جامدات در ناحیه متراکم بیشترین تأثیر را بر روی بازده راکتور کربناتور می‌گذارند. همچنین، نتایج حاصل از این آنالیز نشان داد که در شرایط حضور گاز SO2 در محیط واکنش، با افزایش 10 درصدی نسبت جریان جبرانی، بازده راکتور کربناتور نسبت به شرایط عدم حضور این گاز در محیط واکنش، در حدود 05/0 درصد، بیشتر افزایش می‌یابد. نتایج حاصل از مدل‌سازی نشان داد که در هر دو شرایط حضور یا عدم حضور گاز SO2 در محیط واکنش، افزایش در نسبت جریان جبرانی، در مقایسه با افزایش در نسبت جریان در گردش از مواد جامد، تاثیر بیشتری بر روی بازده راکتور کربناتور می‌گذارد و از طرفی، با افزایش نسبت جریان جبرانی، بازده راکتور کربناتور در شرایط حضور گاز SO2 در محیط واکنش، افزایش بیشتری می‌یابد. نتایج حاصل از مدل‌سازی نشان داد که در شرایط حضور گاز SO2 در محیط واکنش، جهت دستیابی به مقدار بازده برابر با شرایط عدم حضور گاز SO2 در محیط واکنش، لازم است تا نسبت جریان جبرانی در حدود 5/36 برابر، بیشتر شود. نتایج حاصل از مدل‌سازی راکتور کربناتور به‌عنوان تابعی از تعداد چرخه‌ها نشان داد که در شرایط حضور و عدم حضور گاز SO2 در محیط واکنش، بازده راکتور کربناتور در طول 100 چرخه با کاهشی قابل‌توجه، از 53/45 درصد به 75/4 درصد و از 13/68 درصد به 81/18 درصد می‌رسد. در این حالت و در هر دو شرایط واکنشی، پارامترهای موجودی جامد در داخل بستر، سرعت ورودی گاز، ثابت تخریب مواد جامد در ناحیه رقیق و کسر حجمی جامدات در ناحیه متراکم بیشترین تأثیر را بر روی بازده راکتور کربناتور می‌گذارند. در نهایت، نتایج حاصل از مدل‌سازی نشان داد که در شرایط حضور گاز SO2 در محیط واکنش، با افزایش نسبت جریان جبرانی، میانگین بازده راکتور کربناتور نسبت به شرایط عدم حضور این گاز در محیط واکنش، افزایش بیشتری می‌یابد.

متن يادداشت

The use of the calcium loop process for capturing CO2 present in flue gas output of power plants has been recognized as a highly efficient technology for reducing greenhouse gases emission. In this study, by considering the characteristics of the adsorbent and hydrodynamic properties of the fluidized bed in the fast fluidization regime, an improved kinetic model and a hydrodynamic model were presented separately, and then these two models were integrated with each other. The experimental data obtained from the fluidized bed reactor system in two states, with and without the presence of SO2 gas in the reaction environment, and under the harsh condition of the calcium loop process, were used, and the results of this data indicated that after ten consecutive cycles, the conversion rate of the carbonation reaction decreases significantly, from 0.2877 in the first cycle to 0.0885 in the tenth cycle. In addition, the results indicated that the presence of SO2 gas causes a further decrease in the conversion rate of the carbonation reaction compared to the condition where this gas is absent in the reaction environment, and it drops from 0.2224 in the first cycle to 0.0111 in the tenth cycle. Under both the presence and absence of SO2 gas in the reaction environment, the maximum absolute error calculated between the experimental data and the results obtained from applying the kinetic model were 2.5% and 1.7%, respectively,that indicating a very good fit of this model to the experimental data. The results of the sensitivity analyze indicated that the solid inventory in the bed, the gas inlet velocity, the solid material decay constant for solid fraction in the lean region, and the solid volume fraction in the dense region have a greater effect on the efficiency of the carbonator reactor. Moreover, the results of this analyze indicated that under the condition of the presence of SO2 gas in the reaction environment, increasing the make-up flow ratio by 10% leads to a greater increase in the efficiency of the carbonator reactor compared to the condition where this gas is absent in the reaction environment, by approximately 0.05%. The results obtained from this modeling indicated that in both conditions of the presence or absence of SO2 gas in the reaction environment, an increase in the make-up flow ratio, compared to an increase in the solids recirculation flow rate, has a greater effect on the efficiency of the carbonator reactor. Moreover, by increasing the make-up flow ratio, the efficiency of the carbonator reactor increases even more under the conditions of the presence of SO2 gas in the reaction environment. The results obtained from this modeling indicated that under the condition of the presence of SO2 gas in the reaction environment, in order to achieve a efficiency equal to the condition of the absence of SO2 gas in the reaction environment, it is necessary to increase the make-up flow ratio to approximately 36/5 times more. The results of modeling the carbonator reactor as a function of the number of cycles indicated that under both the presence and absence of SO2 gas in the reaction environment, the efficiency of the carbonator reactor decreases significantly over 100 cycles, dropping from 45.53% to 4.75% and from 68.13% to 18.81%, respectively. In this case, and under both reaction conditions, the parameters solid inventory in the bed, gas inlet velocity, solid material he solid material decay constant for solid fraction in the lean region and solid volume fraction in the dense region have a greater effect on the efficiency of the carbonator reactor. Finally, the results obtained from the modeling indicated that under the condition of the presence of SO2 gas in the reaction environment, by increasing the make-up flow ratio, the average efficiency of the carbonator reactor increases even more compared to the condition of the absence of this gas in the reaction environment.

عنوان گونه گون

Combining kinetic and hydrodynamic modeling of carbonator reactor in CO2 capture calcium looping process in the presence of sulfur dioxide

عنصر شناسه اي

‏تیزفهم،

ساير عناصر نام

‏‏محمدرضا

کد نقش

تهیه کننده

عنصر شناسه اي

‏طهماسب‌پور،

عنصر شناسه اي

‏ Valverde Millan

عنصر شناسه اي

Montagnaro

ساير عناصر نام

‏‏مریم

ساير عناصر نام

‏ Jose Manuel

ساير عناصر نام

‏ Fabio

تاريخ

استاد راهنما

تاريخ

استاد مشاور

تاريخ

استاد مشاور

عنصر شناسه اي

تبریز