非同熱パックベッドCO2の吸収における吸収素粒子の大きさの結合輸送と反応モデリング
Joseph Amponsah1, Archibong Archibong-Eso2, Yesuenyeagbe Fiagbe3
1Mechanical Engineering, Iowa State University, 2025 Black Engineering, Ames, Iowa 50011, United States.
粒子の大きさは二酸化炭素 (CO2) の捕獲効率と原子炉の性能に大きな影響を与えます. より小さな粒子はCO2の除去を促進しますが,圧力の低下を増加させ,より大きな粒子は圧力の低下を捕獲効率のコストで減少させます.
科学分野:
- 化学工学
- 環境科学
- 材料科学
背景:
- 固体吸収剤は,燃焼後の二酸化炭素 (CO2) 捕獲に有望である.
- CO2の吸収効率と原子炉の性能に対する粒子の大きさの影響は,さらなる特徴づけを必要とします.
研究 の 目的:
- パックベッドの原子炉におけるCO2捕獲効率と圧力低下に対する粒子の大きさの影響を調査する.
- CO2キャプチャのプロセスをシミュレートするためのCFDユーレアン-ユーレアンモデルを開発し,検証する.
主な方法:
- 二次元のCFDユレリアン-ユレリアンモデルが開発され,実験データに基づいて検証された.
- シミュレーションは,0. 5mm,0. 8mm,1.5mm直径の球状粒子を用いて,炭酸カリウムで浸透した炭酸サロブントを用いて実施した.
- Syamlal-O'Brienのドラッグ相関を用いて,ガスと固体の相互作用をモデル化した.
主要な成果:
- より小さな粒子 (0.5mm) は高いCO2除去率 (>95%) を達成したが,有意な圧力低下 (4.2kPa) をもたらした.
- より大きな粒子 (1.5 mm) は圧力低下 (0.9 kPa) を減少させましたが,捕獲効率は73%まで低下しました.
- 中型粒子 (0.8mm) はバランスをとり,1.7kPaの圧力低下で85%のキャプチャを達成しました.
結論:
- 粒子の大きさは,パックベッドの原子炉でのCO2捕獲を最適化するための重要なパラメータです.
- 吸収効率と圧力低下の間のトレードオフが存在し,慎重に吸収剤の選択と原子炉の設計を必要とします.
- 熱管理は,CO2吸収のエクソテルミックな性質のために非常に重要です.
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