Modelarea și Simularea Procesului de Captare a Dioxidului de Carbon Folosind Soluție Amoniacală

Cluj-Napoca, 2014

Universitatea „Babeș-Bolyai”, Cluj-NapocaFacultatea de Chimie și Inginerie Chimică

Ingineria Substanțelor Anorganice și Protecția Mediului

Coordonator științificLect. Dr. Ana-Maria Cormoș

AbsolventMorar Ancuța

Evidențierea avantajelor tehnologiilor de captare post-combustie

Evidențierea avantajelor utilizării amoniacului ca și absorbant

Dimensionarea unei coloane de absorbție la scară industrială

Modelarea dinamică și simularea procesului de absorbție

Validarea modelului matematic

Obiectivele lucrării

Introducere

Importanța captării CO2

Creșterea emisiilor de CO2

Justificarea alegerii tehnologiei de captare post-combustie, folosind soluție amoniacală

Chimismul procesuluiNH3 + CO2 + H2O → NH4HCO3

Ecuația caracteristică[CO2 + A”]g + [NH3 + H2O]l → [A”]g + [NH4HCO3 + H2O + B”]l

Tipul procesuluiDIZOLVARE – REACȚIE CHIMICĂ

Structura procesului

Schema de operații

Recirculare condens

Eliminare SO2 și NOx

Gaze de ardere

Absorbție chimică

Gaze bogate în CO2

Soluție amoniacală

Spălare gaze

reziduale

[ ]l

[ ]g

Apă

Răcire gaze

Încălzirea soluției bogate în CO2 pe baza absorbantului

regenerat prin desorbție

[ ]l

Desorbție [ ]l

[ ]l

Recirculare soluție

amoniacală

Condensare [ ]g

Separare faze

Comprimare CO2

Absorbant bogat în CO2

Absorbant regeneratTransport și stocare

[ ]lSoluție de

spălare

Evacuare gaze purificate

[ ]l

[CO2]g

[1] Hai, Yu, et al. 8, 2011, Chemical Engineering Research and Design, Vol. 89, pp. 1204 -1215.

Schema fluxului tehnologic

Dimensionarea tehnologică a coloanei de absorbție

Hu Hc

Gf

GiLf

Li

Dc

Calculul diametrului coloanei

Ecuația debitului de gaz → Dc = 4,6 m

Calculul înălțimii umpluturii coloanei → Hu = 25 m

Calculul înălțimii coloanei → Hc = 28,5 m

Coloană de absorbție

Dezvoltarea modelului matematic

Ipoteze simplificatoare:

fazele de volum sunt zone convective în care cele două fluide sunt amestecate perfect;curgerea fluidelor este de tip piston;vitezele de circulație ale celor două faze sunt constante;reacția chimică are loc doar în faza lichidă;căderea de presiune de-a lungul absorberului este neglijabilă;solubilitatea dioxidului de carbon în faza lichidă respectă legea lui Henry.

Model pentru un element de volum într-o coloană cu umplutură

Ecuații de bilanț de masă

Ecuații de bilanț termic

Parametrii modelului

[1] Hai, Yu, et al. 8, 2011, Chemical Engineering Research and Design, Vol. 89, pp. 1204 -1215.

Simularea procesului de absorbție

1. Rezolvarea ecuațiilor în regim staționar

2. Determinarea lățimii unui segment dz

3. Rezolvarea ecuațiilor în regim dinamic, în contracurent

4. Rezultatul simulării

Variația concentrației CO2 în [ ]g

Variația concentrației CO2 în [ ]g

SimulareRandamentul de absorbție al

dioxidului de carbon = 70,33%

Experimental Randamentul de absorbție al

dioxidului de carbon = 68,2% [1]

[1] Hai, Yu, et al. 8, 2011, Chemical Engineering Research and Design, Vol. 89, pp. 1204 -1215.

Validarea modelului

Datele experimentale și rezultatele simulării

[1] Hai, Yu, et al. 8, 2011, Chemical Engineering Research and Design, Vol. 89, pp. 1204 -1215.

Variația concentrației NH3 în [ ]g

Variația temperaturii gazului Variația temperaturii lichidului

Studiul dinamic al procesului

Efectul modificării temperaturii de intrare a lichidului

Efectul modificării concentrației de intrare a dioxidului de carbon în amestecul gazos

Creșterea Tl,i cu 5oC Scăderea Tl,i cu 5oC

Efectul asupra concentrației CO2 în [ ]g Efectul asupra concentrației CO2 în [ ]g

Variația concentrației NH3 în [ ]g Variația concentrației NH3 în [ ]g

Creșterea concentrației de intrare a dioxidului de carbon în amestecul gazos cu 50%

Variația concentrației NH3 în [ ]lVariația concentrației CO2 în [ ]g

Variația temperaturii gazului

Concluzii

Tehnologia de captare post-combustie poate fi aplicată centralelor termo-electrice deja existente.Utilizarea amoniacului ca și absorbant este mai avantajoasă decât utilizarea alcanolaminelor.S-a realizat modelarea matematică și simularea, în regim dinamic, a procesului de absorbție a CO2.Validarea modelului arată că rezultatele simulării sunt în concordanță cu datele experimentale.S-a realizat studiul dinamic al procesului.

Vă mulțumesc!