مطالعه آزمایشگاهی و مدل سازی حذف co2 از گاز دودکش با استفاده از جاذب کربنات پتاسیم بر پایه آلومینا
چکیده
در این تحقیق، مطالعه در زمینه حذف دی اکسید کربن با استفاده از جاذب کربنات پتاسیم برپایه آلومینا در شرایط گوناگون انجام شده است. مطالعه تاثیر شرایط ساخت جاذب بر ظرفیت جاذب نهایی و یافتن شرایط بهینه برای ساخت جاذب در مقای های بزرگ یکی از بخش های این تحقیق است. پیش از این در تحقیقات گذشته، شرایط ثابتی برای ساخت جاذب در نظر گرفته شده و مطالعه ای در زمینه بررسی تاثیر شرایط ساخت بر ظرفیت جاذب به عنوان مهمترین مشخصه جاذب انجام نشده است. ساخت جاذب ارزان قیمت و با ظرفیت بالا با استفاده از آلومینا با گرید صنعتی و نشان دادن مناسب بودن آن از جنبه های فنی و اقتصادی جهت کاربرد در حذف co2، یکی دیگر از بخش های این تحقیق است. همچنین تاثیر وجود سایر ترکیبات آلاینده (از قبیل اکسیژن و دی اکسیدگوگرد) در گاز دودکش در شرایط واقعی مورد بررسی قرار گرفته است. مدل سازی سینتیکی و فرآیند جذب در بستر ساکن برای فراهم کردن ابزار مناسب برای طراحی فرآیند در مقیاس های بزرگتر از دیگر اقدامات انجام شده در این طرح است. براساس نتایج بدست آمده، غلظت محلول اولیه بیشترین تاثیر را بر ظرفیت جاذب دارد. همچنین مدت زمان نشاندن و مدت زمان کلسینه کردن بر میزان ماده فعال و ساختار جاذب نهایی کمترین تاثیر را دارند. نتایج حاصل از بهینه سازی پارامترهای ساخت جاذب نشان داد که مقدار غلظت محلول اولیه wt%3/32، مدت زمان نشاندن hr4/13، دمای کلسینه کردن °c367 و مدت زمان کلسینه کردن hr1/4 باید در نظر گرفته شود تا حداکثر ظرفیت جاذب قابل پیش بینی (mg/g66/78) حاصل گردد. تحلیل آماری تاثیر دو پارامتر عملیاتی فرآیند حذف co2 شامل دمای مرحله جذب و احیا بر ظرفیت جاذب در جذب co2 نشان داد بالاترین ظرفیت جاذب در دمای مرحله جذب °c4/64 و دمای مرحله احیا °c 6/162 حاصل می شود و در این شرایط ظرفیت جاذب پس از پنج سیکل mg/g68/56 پیش بینی می شود. جاذب ارزان قیمت ساخته شده در این تحقیق با استفاده از خوراک حاوی 1% co2 و 9% آب در دمای °c60 ظرفیت mg/g3/66 را نشان داد. همچنین پایداری بالاتر جاذب نسبت به جاذب مرجع معرفی شده مشخص گردید. این جاذب قابلیت استفاده در مقیاس صنعتی برای انجام عملیات در راکتور بستر ساکن را دارا می باشد. مدل سازی جذب co2 توسط جاذب در دو بخش مدل سازی سینتیک واکنش (جذب تک ذره) و جذب در بستر ساکن حاوی ذرات جاذب انجام شده است. برای بخش مدل سازی تک ذره، مدل هسته واکنش نداده برای این منظور استفاده شده است. سه عامل واکنش شیمیایی، نفوذ در لایه محصول و نفوذ در فیلم گازی اطراف ذره جاذب به عنوان عوامل موثر در سرعت نفوذ اجزا و نتیجه غلظت در نظر گرفته شده اند. به منظور بررسی صحت مدل سازی انجام شده در این بخش، نتایج حاصل از مدل سازی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و دقت بالای مدل در پیش بینی نتایج آزمایشگاهی تایید گردید. در مجموع مدل سازی انجام شده امکان پیش بینی مناسبی از عملکرد فرآیند جذب را دارا می باشد و امکان استفاده از ابزار ایجاد شده برای اهداف مختلف از جمله طراحی فرآیند حذف co2 از گاز دودکش در مقیاس های بزرگ و صنعتی وجود دارد.