二氧化碳吸附分离过程数值模拟与优化

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当今二氧化碳所引起的温室效应已经引起整个世界的广泛重视,化石燃料的燃烧已经成为最主要的二氧化碳排放源,因此从化石燃料燃烧所产生的烟气中捕获二氧化碳已经成为公认的控制空气中二氧化碳增长的主要技术之一。开发一种更清洁、稳定和高效的捕集二氧化碳新方法已经成为科学界的热点研究领域。中国快速发展的经济对能源的需求,使得中国燃煤电站的现有数量已成为世界第一,因此探索高效节能的捕集燃煤锅炉烟气中的二氧化碳新技术是实现我国二氧化碳减排目标的迫切任务,也成为国内专家学者的一个重要方向,同时具有重要的应用价值。本文在前人研究二氧化碳吸附分离技术的基础上,对二氧化碳吸附分离过程进行了理论分析,建立了物理模型,并采用数值方法对物理模型进行了计算,同时对二氧化碳的管道输送进行了计算与分析,获得如下结论:首先,对吸附模型进行了分析计算,采用FORTRAN语言编程分别计算了理想固定床和实际固定床的吸附过程,比较发现实际固定床的吸附过程操作时间远低于理想状态下固定床的操作时间,为理想固定床操作时间的70.7%。其次,建立变压吸附二氧化碳的物理模型,并对其进行无因次处理,利用Comsol Multiphysics软件对之进行了模拟计算。计算结果表明,传质区的长度随进料流体流速的增大而增长,随扩散系数和床层孔隙度的减小而增长,反之则缩短。当吸附质性质、进料组成及操作条件(温度、压力、流量)一定时,传质区长度不变。传质区的长度对吸附床的设计存在着影响,设置好的吸附床可以用于多种不同吸附质的吸附,吸附质浓度的变化对传质区长度的影响可以忽略。随后,利用所建立的模型,并依据烟道气中二氧化碳的组成和产品技术指标的要求,对烟道气中的二氧化碳吸附过程进行了初步的模拟计算;确定了烟道气中二氧化碳浓度为10%,且回收纯度为99.8%时,则吸附床层长度为0.3m。最后,分别计算与分析了二氧化碳在亚临界状态下等温和绝热流动,计算结果表明,等温输运方式优于绝热运输方式。在一次加压的情况下,二氧化碳采用亚临界等温管道输运,其输送距离可达60多公里,可以满足二氧化碳的输运要求。
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