دفاعیه
| تاریخ ارسال: 1398/7/2 |
چکیده
تغییرات آب‌وهوا و گرمایش زمین یکی از مهم‌ترین ملاحظات زیست‌محیطی بوده که در سال‌های اخیر توسعه و بهبود فرایندهای جداسازی دی‌اکسید کربن به‌عنوان مهم‌ترین گاز گلخانه‌ای موردتوجه محققان قرارگرفته است. اصلی‌ترین منشأ تولید و انتشار دی‌اکسید کربن احتراق سوخت‌های فسیلی در نیروگاه‌ها و صنایع نفتی است. ازجمله روش‌های پس احتراقی بکار رفته در صنایع روش جذب گازی با حلال آمین است؛ اما این روش با مشکلاتی مهمی از قبیل هزینه بالای احیای جاذب، خوردگی، محصولات جانبی خطرناک و از دست رفتن حلال مواجه است. لذا گزینه‌ی دیگر بجهت جداسازی دی‌اکسید کربن از گازهای احتراقی استفاده از جاذب‌های جامد در بسترهای سیال است. در این پژوهش جداسازی دی‌اکسید کربن از گازهای احتراقی شبیه‌سازی‌شده با استفاده از جاذب‌های جامد کربنات پتاسیم بر پایه آلومینا K2CO3/Al2O3 در بسترسیال به‌صورت تجربی و شبیه‌سازی مورد ارزیابی قرارگرفته است. بدین منظور جاذب‌های جامد K2CO3/Al2O3 به روش تلقیح مرطوب ساخته‌شده و مشخصات فیزیکی و شیمیایی آن توسط آنالیزهای XRD، BET و SEM بررسی شد. در ابتدا واکنش جذب در بستر ثابت به‌صورت تجربی و با استفاده از روش طراحی آزمایش RSM مطالعه شد و سپس با توجه به نتایج آزمایش‌های بستر ثابت، آزمایش‌های جذب دی‌اکسید کربن در بسترسیال با استفاده از روش BBD و طراحی آزمایش RSM بررسی شد. همچنین با انجام مطالعات سینتیکی واکنش، شرایط بهینه فرایند جهت دستیابی به بیشینه ظرفیت جذب و سرعت واکنش توسط روش RSM ارائه گردید. طبق نتایج آنالیز واریانس به ترتیب دما، دبی سیال، میزان پیش‌آمایش و نسبت مولی بخارآب به دی‌اکسید کربن از مهم‌ترین پارامترهای تأثیرگذار بر فرایند جذب هستند. علاوه بر این، روابط چندجمله‌ای نیمه تجربی جهت یافتن نقطه بهینه جهت دستیابی به بیشترین ظرفیت جذب و ثابت سرعت واکنش ارائه گردید. درنتیجه شرایط بهینه ۶۰ ºC، ۵۶۲ سانتیمتر مکعب بر دقیقه، ۲/۲۲ میلی‌گرم آب و ۱ برای متغیرهای به ترتیب دما، دبی گاز، میزان پیش‌آمایش و نسبت مولی بخار به دی‌اکسید کربن حاصل شد. در شرایط بهینه میزان جذب ۲۹/۶۵ میلی‌گرم دی‌اکسید کربن به ازای هر گرم جاذب و ۳۴۰۲/۰ بر دقیقه به ترتیب برای ظرفیت جذب و ثابت سرعت واکنش ارائه شد. علاوه بر این، یک مدل CFD جهت شبیه‌سازی فرایند جذب دی‌اکسید کربن در بسترسیال چرخشی توسعه داده شد. با استفاده از نرم‌افزار RSM شرایط بهینه عملیاتی بسترسیال چرخشی ارائه و اعتبارسنجی گردید. درنهایت نیز یک رابطه برای درصد حذف CO2 در بسترسیال چرخشی با توجه به اعداد بدون بعد فرایند با ضریب تعیین 982/0 ارائه گردید. اطلاعات این پژوهش جهت طراحی و افزایش مقیاس فرایند جذب سطحی دی‌اکسید کربن از گازهای احتراقی روی جاذب‌های جامد در بسترهای سیال قابل‌استفاده خواهد بود.
کلمات کلیدی: جداسازی دی‌اکسید کربن؛ کربنات پتاسیم؛ آلومینا؛ جذب سطحی؛ بسترسیال؛ شبیه‌سازی
تغییرات آب‌وهوا و گرمایش زمین یکی از مهم‌ترین ملاحظات زیست‌محیطی بوده که در سال‌های اخیر توسعه و بهبود فرایندهای جداسازی دی‌اکسید کربن به‌عنوان مهم‌ترین گاز گلخانه‌ای موردتوجه محققان قرارگرفته است. اصلی‌ترین منشأ تولید و انتشار دی‌اکسید کربن احتراق سوخت‌های فسیلی در نیروگاه‌ها و صنایع نفتی است. ازجمله روش‌های پس احتراقی بکار رفته در صنایع روش جذب گازی با حلال آمین است؛ اما این روش با مشکلاتی مهمی از قبیل هزینه بالای احیای جاذب، خوردگی، محصولات جانبی خطرناک و از دست رفتن حلال مواجه است. لذا گزینه‌ی دیگر بجهت جداسازی دی‌اکسید کربن از گازهای احتراقی استفاده از جاذب‌های جامد در بسترهای سیال است. در این پژوهش جداسازی دی‌اکسید کربن از گازهای احتراقی شبیه‌سازی‌شده با استفاده از جاذب‌های جامد کربنات پتاسیم بر پایه آلومینا K2CO3/Al2O3 در بسترسیال به‌صورت تجربی و شبیه‌سازی مورد ارزیابی قرارگرفته است. بدین منظور جاذب‌های جامد K2CO3/Al2O3 به روش تلقیح مرطوب ساخته‌شده و مشخصات فیزیکی و شیمیایی آن توسط آنالیزهای XRD، BET و SEM بررسی شد. در ابتدا واکنش جذب در بستر ثابت به‌صورت تجربی و با استفاده از روش طراحی آزمایش RSM مطالعه شد و سپس با توجه به نتایج آزمایش‌های بستر ثابت، آزمایش‌های جذب دی‌اکسید کربن در بسترسیال با استفاده از روش BBD و طراحی آزمایش RSM بررسی شد. همچنین با انجام مطالعات سینتیکی واکنش، شرایط بهینه فرایند جهت دستیابی به بیشینه ظرفیت جذب و سرعت واکنش توسط روش RSM ارائه گردید. طبق نتایج آنالیز واریانس به ترتیب دما، دبی سیال، میزان پیش‌آمایش و نسبت مولی بخارآب به دی‌اکسید کربن از مهم‌ترین پارامترهای تأثیرگذار بر فرایند جذب هستند. علاوه بر این، روابط چندجمله‌ای نیمه تجربی جهت یافتن نقطه بهینه جهت دستیابی به بیشترین ظرفیت جذب و ثابت سرعت واکنش ارائه گردید. درنتیجه شرایط بهینه ۶۰ ºC، ۵۶۲ سانتیمتر مکعب بر دقیقه، ۲/۲۲ میلی‌گرم آب و ۱ برای متغیرهای به ترتیب دما، دبی گاز، میزان پیش‌آمایش و نسبت مولی بخار به دی‌اکسید کربن حاصل شد. در شرایط بهینه میزان جذب ۲۹/۶۵ میلی‌گرم دی‌اکسید کربن به ازای هر گرم جاذب و ۳۴۰۲/۰ بر دقیقه به ترتیب برای ظرفیت جذب و ثابت سرعت واکنش ارائه شد. علاوه بر این، یک مدل CFD جهت شبیه‌سازی فرایند جذب دی‌اکسید کربن در بسترسیال چرخشی توسعه داده شد. با استفاده از نرم‌افزار RSM شرایط بهینه عملیاتی بسترسیال چرخشی ارائه و اعتبارسنجی گردید. درنهایت نیز یک رابطه برای درصد حذف CO2 در بسترسیال چرخشی با توجه به اعداد بدون بعد فرایند با ضریب تعیین 982/0 ارائه گردید. اطلاعات این پژوهش جهت طراحی و افزایش مقیاس فرایند جذب سطحی دی‌اکسید کربن از گازهای احتراقی روی جاذب‌های جامد در بسترهای سیال قابل‌استفاده خواهد بود.
کلمات کلیدی: جداسازی دی‌اکسید کربن؛ کربنات پتاسیم؛ آلومینا؛ جذب سطحی؛ بسترسیال؛ شبیه‌سازی
دفعات مشاهده: 4821 بار |
دفعات چاپ: 509 بار |
دفعات ارسال به دیگران: 0 بار |
0 نظر