Assessment of CO 2 capture using potassium-based sorbents in circulating fluidized bed reactor by multiscale modeling

Numerical simulation on adsorption of CO2 using K2CO3 particles in the bubbling fluidized bed

“…Carbon dioxide, the principal constituent of anthropogenic greenhouse gases, is the main contributor to climate warming and the occurrence of extreme weather events. [1][2][3] Notably, the combustion of fossil fuel power plants is the main source of CO 2 emissions. 4 While it is ideal to substitute carbon-based energy with clean alternatives, this transition requires substantial time and capital investment, making it unfeasible in the short term.…”

“…The formidable challenges brought about by global warming, which is largely caused by the rapid growth of industrialized economy, have exerted a significant impact on people's daily lives. Carbon dioxide, the principal constituent of anthropogenic greenhouse gases, is the main contributor to climate warming and the occurrence of extreme weather events 1–3 . Notably, the combustion of fossil fuel power plants is the main source of CO 2 emissions 4 .…”

“…They optimized the reactor height and found that reducing the gas flow rate and increasing the solid adsorbent's flux can enhance the CO 2 removal efficiency. Wang et al 1 had developed a multiscale reaction kinetics model that incorporates cluster effects to simulate the CO 2 capture process in a circulating fluidized bed. They contended that the removal efficiency of CO 2 is predominantly determined by the residence time of the solid adsorbents within the reactor.…”

Investigation of CO2 Capture in Three-Dimensional Full-Loop Integrated Bubbling-Transport Bed Adsorber

“…In recent years, CFD is increasingly used for identifying the flow hydrodynamics and reaction processes of CO 2 adsorption in fluidized bed reactors. , Two commonly used CFD methods for modeling multiphase flow in fluidized beds are the Eulerian–Eulerian (EE) and the Eulerian–Lagrangian (EL) methods. Chalermsinsuwan et al used the EE model to simulate the CO 2 capture performance of K 2 CO 3 sorbents in a compact circulating fluidized bed system and found that the inlet gas velocity and the reaction rate of sorbents played dominant roles in the CO 2 capture process.…”

แบบจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณของเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียนสำหรับการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์จากต่างแหล่งกำเนิด

“…ในกำรจ ำลองพลศำสตร์ ของไหลเชิ งค ำนวณ ต้ องท ำกำรเปรี ยบเที ยบผลของกำรจ ำลองกั บ ผลของกำรทดลองจริ งเพื ่ อตรวจสอบควำมถู กต้ องและควำมแม่ นย ำของแบบจ ำลอง ในงำนวิ จั ยนี ้ จะ เปรี ยบเที ยบผลกำรจ ำลองกั บผลกำรทดลองจริ งของ Yi และ คณะ[11] โดยมี รำยละเอี ยดของ ตั วแปรดั งแสดงในตำรำงที ่ 3.1 ซึ ่ งจะเปรี ยบเที ยบประสิ ทธิ ภำพกำรดั กจั บคำร์ บอนไดออกไซด์ ใน ไรเซอร์ ที ่ ควำมเร็ วแตกต่ ำงกั น 4 ค่ ำ ได้ แก่ 1 7. 2.0 2.5 และ 3.0 เมตรต่ อวิ นำที และเปลี ่ ยนค่ ำ ควำมเร็ วแก๊ สป้ อนเข้ ำตำมงำนวิ จั ยที ่ อ้ ำงอิ ง เนื ่ องจำก อั ตรำกำรเกิ ดปฏิ กิ ริ ยำกำรดู ดซั บและกำร คำยซั บที ่ ใช้ ในงำนวิ จั ยนี ้ น ำมำจำกงำนวิ จั ยของ Boonprasop และคณะ [8] ที ่ ใช้ ตั วดู ดซั บของแข็ ง โซเดี ยมคำร์ บอเนตในกำรดั กจั บคำร์ บอนไดออกไซด์ กำรเปลี ่ ยนแปลงของชนิ ดตั วดู ดซั บและขนำด ของเครื ่ องปฏิ กรณ์ ที ่ แตกต่ ำงกั นจะส่ งผลให้ กำรถ่ ำยโอนมวลและจลนศำสตร์ เปลี ่ ยนแปลงไป จึ ง ต้ องกำรปรั บอั ตรำกำรเกิ ดปฏิ กิ ริ ยำเพื ่ อให้ สอดคล้ องกั บกระบวนกำรดั กจั บคำร์ บอนไดออกไซด์ ที ่ ใช้ ตั วดู ดซั บของแข็ งโพแทสเซี ยมคำร์ บอเนต จำกกำรจ ำลอง พบว่ ำ กำรคู ณสั มประสิ ทธิ ์ เท่ ำกั บ 1.4 ใน จลนศำสตร์ ของกำรเกิ ดปฏิ กิ ริ ยำกำรดู ดซั บคำร์ บอนไดออกไซด์ และกำรคื นสภำพตั วดู ดซั บของแข็ งจะ ท ำให้ ประสิ ทธิ ภำพกำรดั กจั บคำร์ บอนไดออกไซด์ ในไรเซอร์ ควำมเข้ มข้ นของคำร์ บอนไดออกไซด์ และ อุ ณหภู มิ ในดำวเนอร์ จำกผลของแบบจ ำลองใกล้ เคี ยงกั บผลกำรทดลองจริ งมำกขึ ้ น รู ปที ่ 4.8 แสดงผลของประสิ ทธิ ภำพกำรดั กจั บคำร์ บอนไดออกไซด์ ที ่ ควำมเร็ วของแก๊ สที ่ ป้ อนเข้ ำไรเซอร์ ต่ ำง ๆ พบว่ ำ เมื ่ อใช้ สั มประสิ ทธิ ์ ในจลนศำสตร์ ของกำรเกิ ดปฏิ กิ ริ ยำดู ดซั บ คำร์ บอนไดออกไซด์ และกำรคื นสภำพตั วดู ดซั บของแข็ ง ดั งแสดงในสมกำรที ่ 4.1 และสมกำรที ่ 4.2 จะให้ ประสิ ทธิ ภำพกำรดั กจั บคำร์ บอนไดออกไซด์ ที ่ ได้ จำกกำรจ ำลองมี ค่ ำใกล้ เคี ยงกั บผลกำรทดลอง จริ ง และมี ค่ ำควำมคลำดเคลื ่ อนกั บผลกำรทดลองจริ งไม่ เกิ นร้ อยละ 5 นอกจำกนี ้ เมื ่ อควำมเร็ วของ แก๊ สที ่ ป้ อนเข้ ำไรเซอร์ มี ค่ ำน้ อย ประสิ ทธิ ภำพกำรดั กจั บคำร์ บอนไดออกไซด์ จะสู ง เพรำะมี เวลำที ่ ใช้ ใน กำรสั มผั สกั นของแก๊ สและตั วดู ดซั บของแข็ งมำก ท ำให้ เกิ ดปฏิ กิ ริ ยำกำรดู ดซั บระหว่ ำง คำร์ บอนไดออกไซด์ ไอน้ ำ และโพแทสเซี ยมคำร์ บอเนตได้ มำกขึ ้ น และเมื ่ อควำมเร็ วของแก๊ สที ่ ป้ อนเข้ ำไรเซอร์ เพิ ่ มขึ ้ น จึ งท ำให้ เวลำที ่ ใช้ สั มผั สกั นระหว่ ำงของแก๊ สและตั วดู ดซั บของแข็ งลดลง จึ งเกิ ด กำรดั กจั บคำร์ บอนไดออกไซด์ ลดลง จำกตำรำงที ่ 4.1 แสดงผลกำรจ ำลองของควำมเข้ มข้ น คำร์ บอนไดออกไซด์ ที ่ ทำงออกของดำวเนอร์ พบว่ ำ ควำมเข้ มข้ นของคำร์ บอนไดออกไซด์ ที ่ ทำงออก ของดำวเนอร์ มี ค่ ำเท่ ำกั บร้ อยละ 36.77 โดยเฉลี ่ ย เมื ่ อเปรี ยบเที ยบกั บผลกำรทดลองจริ งที ่ มี ค่ ำควำม เข้ มข้ นของคำร์ บอนไดออกไซด์ ที ่ ทำงออกของดำวเนอร์ อยู ่ ในช่ วงร้ อยละ 25 ถึ ง ร้ อยละ 40 [11] พบว่ ำ ผลที ่ ได้ จำกกำรจ ำลองสำมำรถท ำนำยค่ ำได้ อยู ่ ในช่ วงของผลกำรทดลองจริ ง นอกจำกนี ้ ตำรำงที ่ 4.1 แสดงอุ ณหภู มิ ที ่ อุ ณหภู มิ ภำยในดำวเนอร์ พบว่ ำ มี อุ ณหภู มิ บริ เวณที ่ เกิ ดกำรคื นสภำพ ตั วดู ดซั บเท่ ำกั บ 192 องศำเซลเซี ยสโดยเฉลี ่ ย ซึ ่ งอยู ่ ในช่ วงของผลกำรทดลองจริ งที ่ มี ค่ ำอยู ่ ในช่ วง 150 ถึ ง 230 องศำเซลเซี ยส [11] จำกข้ อมู ลของตั วแปรต่ ำง ๆ ที ่ กล่ ำวมำ พบว่ ำ แบบจ ำลองสำมำรถ ท ำนำยผลต่ ำง ๆ ของกำรดั กจั บคำร์ บอนไดออกไซด์ และกำรคื นสภำพตั วดู ดซั บนี ้ ได้ ใกล้ เคี ยงกั บกำร ทดลองจริ ง จึ งถื อว่ ำแบบจ ำลองนี ้ เหมำะสมเชื ่ อถื อได้ และจะถู กน ำไปใช้ ในกำรท ำนำยผลต่ ำง ๆ ต่ อไป อย่ ำงไรก็ ตำม เนื ่ องจำกไม่ สำมำรถเปรี ยบเที ยบผลของอุ ทกพลศำสตร์ กั บผลกำรทดลองจริ ง จึ งเปรี ยบเที ยบผลของอุ ทกพลศำสตร์ ที ่ ได้ จำกแบบจ ำลองกั บทฤษฎี ฟลู อิ ไดเซชั น จำกรู ปที ่ 4.9 แสดง คอนทั วร์ ของสั ดส่ วนโดยปริ มำตรของวั ฎภำคของแข็ ง พบว่ ำ ของแข็ งในไรเซอร์ จะมี กำรกระจำยตั ว เบำบำงบริ เวณกลำงท่ อและจะเริ ่ มเกิ ดกำรเกำะกลุ ่ มเมื ่ ออนุ ภำคของแข็ งเข้ ำใกล้ ผนั ง เนื ่ องจำกกำรตั ้ ง เงื ่ อนไขขอบแบบลื ่ นไถลเพี ยงบำงส่ วน คื อ ของไหลที ่ ติ ดอยู ่ กั บผนั งจะมี ควำมเร็ วเข้ ำใกล้ ศู นย์ ท ำให้ เกิ ดกำรเคลื ่ อนที ่ เพี ยงเล็ กน้ อย ส ำหรั บสั ดส่ วนโดยปริ มำตรของของแข็ งจะมี ค่ ำสู งทั ้ งดำวเนอร์ เมื ่ อ เปรี ยบเที ยบกั บสั ดส่ วนโดยปริ มำตรข...…”