مدل‌سازي فرايند چرخه كلسيم با تاكيد بر هيدروديناميك بستر سيال و مشخصات نوع جاذب

Modeling the calcium looping process with an emphasis on the bed hydrodynamics and sorbent characteristics

فرآيند چرخه كلسيم به عنوان يك تكنولوژي اميد‌بخش براي جذب CO2 خروجي از نيروگاه‌هاي احتراقي در دهه اخير مورد توجه قرار گرفته است. به منظور مدل‌سازي اين فرايند، هيدروديناميك بستر سيال و همچنين مشخصات نوع جاذب، بر راندمان چرخه كلسيم تاثيرگذار مي‌باشند. در اين تحقيق، ابتدا جاذب CaO/Al2O3 با روش سل-ژل سنتز شده و سپس عملكرد آن در طي 20 چرخه كلسيمي با جاذب CaO مورد مقايسه قرار مي‌گيرد. بعلاوه مدلي جامع مبتني بر هيدروديناميك بستر و همچنين خصوصيات جاذب براي اين فرايند ارائه شده و سپس تاثير پارامترهايي از قبيل سرعت ظاهري گاز، ارتفاع كربناتور و موجودي جاذب بر راندمان فرايند مورد بررسي قرار مي‌گيرد. نتايج آزمايشگاهي نشان مي‌دهند كه جاذب CaO/Al2O3 73 درصد فعاليت خود را در پايان 20 چرخه حفظ مي‌كند، درحاليكه اين درصد براي جاذب CaO برابر با 21 مي‌باشد. نتايج حاصل از مدل‌سازي نشان مي‌دهند كه راندمان جذب براي جاذب CaO از 78/69 به 22/68 درصد كاهش يافته است، درحاليكه براي جاذب اصلاح شده CaO/Al2O3 از 5/86 به 74/1 درصد كاهش مي‌يابد. با بررسي پارامترهاي مختلف مشخص مي‌شود كه موجودي جامد تاثير قابل ملاحظه‌اي بر روي راندمان جذب داشته و اين تاثيرگذاري در مورد سرعت ظاهري گاز و ارتفاع كربناتور به مراتب كمتر مي‌باشد.

The calcium looping process is considered a promising technology to CO2 capture emissions from combustion plants in recent decades. To model this process, the bed hydrodynamics as well as the sorbent characteristics will affect the calcium looping efficiency. In this study, CaO/Al2O3 sorbent is first synthesized by sol-gel method and then its performance is compared with pure CaO sorbent through 20 carbonation/calcination cycles. In addition, a general model based on bed hydrodynamics as well as sorbent properties for this process is presented and then the influence of parameters such as superficial gas velocity, carbonator height and sorbent inventory on process efficiency is investigated. Thermogravimetric experiments reveal that CaO/Al2O3 sorbent preserves 73% of its activity at the end of 20 cycles, whereas it is obtained as 21 for pure CaO sorbent. The results obtained from modeling show that the adsorption efficiency is decreased from 78.69 to 22.68% for pure CaO, whereas, it is decreased from 86.5 to 74.1% for modified CaO/Al2O3 sorbent. Finally, by studying the affective parameters it is obtained that the solid inventory has a significant impact on the process efficiency while the gas velocity and the height of the carbonator are far less effective.