Modelado de transporte y reacción acoplados de los efectos del tamaño de las partículas del sorbente en la adsorción de lecho empacado no isotérmico CO2

Área de la Ciencia:

• Ingeniería Química
• Ciencias del medio ambiente
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Los sorbentes sólidos son prometedores para la captura de dióxido de carbono (CO2) después de la combustión.
• La influencia del tamaño de las partículas en la eficiencia de captura de CO2 y el rendimiento del reactor requiere una caracterización adicional.

Objetivo del estudio:

• Investigar el efecto del tamaño de las partículas en la eficiencia de captura de CO2 y la caída de presión en un reactor de lecho embalado.
• Desarrollar y validar un modelo CFD euleriano-euleriano para simular los procesos de captura de CO2.

Principales métodos:

• Se desarrolló un modelo euleriano-euleriano bidimensional de CFD y se validó con datos experimentales.
• Las simulaciones se realizaron utilizando partículas esféricas de 0,5, 0,8 y 1,5 mm de diámetro con un sorbente de carbono impregnado de carbonato de potasio.
• Las interacciones gas-sólido se modelaron utilizando la correlación de arrastre de Syamlal-O'Brien.

Principales resultados:

• Las partículas más pequeñas (0,5 mm) lograron una gran eliminación de CO2 (> 95%), pero dieron lugar a una caída de presión significativa (4,2 kPa).
• Las partículas más grandes (1,5 mm) redujeron la caída de presión (0,9 kPa) pero redujeron la eficiencia de captura al 73%.
• Las partículas de tamaño medio (0,8 mm) ofrecieron un equilibrio, logrando una captura del 85% con una caída de presión de 1,7 kPa.

Conclusiones:

• El tamaño de las partículas es un parámetro crítico para optimizar la captura de CO2 en reactores de lecho empacado.
• Existe una compensación entre la eficiencia de captura y la caída de presión, lo que requiere una selección cuidadosa del sorbente y el diseño del reactor.
• La gestión térmica es crucial debido a la naturaleza exotérmica de la adsorción de CO2.