بررسی عملکرد دینامیکی فرآیند جذب نوسانی فشار (PSA) برای جداسازی CO₂با استفاده از زئولیتX13
Keywords:
جذب سطحی با تناوب فشار, دیاکسیدکربن CO₂, Aspen Adsorption, زئولیتX13Abstract
در این پژوهش، عملکرد دینامیکی فرآیند جذب نوسانی فشار (PSA) جهت جداسازی گاز دیاکسیدکربن از جریان گاز خوراک، بهصورت عددی شبیهسازی و تحلیل شده است. فرآیند شامل چهار مرحلهی متوالی جذب، تخلیه فشار، پاکسازی و افزایش فشار میباشد که بهصورت چرخهای در یک ستون جذبی تکرار میشود. در مرحلهی جذب، ستون در فشار 10 bar و بهمدت 40 ثانیه عمل میکند. پس از آن، در مرحلهی تخلیه فشار، فشار بهطور ناگهانی به 0.9 bar کاهش مییابد و این مرحله 20 ثانیه به طول میانجامد. در ادامه، پاکسازی بستر با عبور جریان گاز متان خالص در فشار 1bar و بهمدت 40 ثانیه انجام میشود. در نهایت، فشار ستون طی 20 ثانیه به مقدار اولیه بازگردانده میشود (9.85 bar) تا چرخهی جدید آغاز گردد. نمودارهای شبیهسازیشدهی فشار، دما و کسر مولی در طول زمان، رفتار چرخهای پایدار سیستم را نشان میدهند. تغییرات دما در ستونها ناشی از گرمای جذب، بهصورت دورهای افزایش و کاهش یافته و با موقعیت ناحیه فعال جذب در بستر مرتبط است. پروفیل غلظت گازهای CO₂ و CH₄ در بازههای زمانی مختلف، حرکت ناحیه جذب و انتشار گاز را نشان داده و گویای کاهش تدریجی غلظت CO₂ در خروجی و افزایش غلظت CH₄ در نواحی پاییندست ستون است. نتایج این مطالعه بیانگر پایداری سیکلهای عملیاتی و قابلیت بالای مدل در تحلیل رفتار واقعی فرآیند PSA بوده و میتواند در بهینهسازی طراحی صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
Downloads
References
1. Cavenati, S., C.A. Grande, and A.E. Rodrigues, Adsorption equilibrium of methane, carbon dioxide, and nitrogen on zeolite 13X at high pressures. Journal of Chemical & Engineering Data, 2004. 49(4): p. 1095-1101.
2. Wessel, C., Modeling of a vehicular LNG tank with regard to real time implementation. 2015.
3. Cavenati, S., C.A. Grande, and A.E. Rodrigues, Layered pressure swing adsorption for methane recovery from CH 4/CO 2/N 2 streams. Adsorption, 2005. 11: p. 549-554.
4. Cavenati, S., C.A. Grande, and A.E. Rodrigues, Upgrade of methane from landfill gas by pressure swing adsorption. Energy & fuels, 2005. 19(6): p. 2545-2555.
5. Riemer, P., Greenhouse gas mitigation technologies, an overview of the CO2 capture, storage and future activities of the IEA Greenhouse Gas R&D programme. Energy Conversion and Management, 1996. 37(6-8): p. 665-670.
6. Cavenati, S., C.A. Grande, and A.E. Rodrigues, Removal of carbon dioxide from natural gas by vacuum pressure swing adsorption. Energy & fuels, 2006. 20(6): p. 2648-2659.
7. Dong, F., et al., A new PSA process as an extension of the Petlyuk distillation concept. Separation and purification technology, 1999. 15(1): p. 31-40.
8. Bae, Y.S. and R.Q. Snurr, Development and evaluation of porous materials for carbon dioxide separation and capture. Angewandte Chemie International Edition, 2011. 50(49): p. 11586-11596.
9. Silva, J.A., et al., Binary adsorption of CO2/CH4 in binderless beads of 13X zeolite. Microporous and Mesoporous Materials, 2014. 187: p. 100-107.
10. Heymans, N., S. Vaesen, and G. De Weireld, A complete procedure for acidic gas separation by adsorption on MIL-53 (Al). Microporous and Mesoporous Materials, 2012. 154: p. 93-99.
11. Asadi, T., et al., CO2/CH4 Separation by Adsorption using Nanoporous Metal organic Framework Copper‐Benzene‐1, 3, 5‐tricarboxylate Tablet. Chemical Engineering & Technology, 2013. 36(7): p. 1231-1239.
12. Campo, M.C., et al., Carbon dioxide removal for methane upgrade by a VSA process using an improved 13X zeolite. Fuel Processing Technology, 2016. 143: p. 185-194.
13. Abd, A.A., et al., Biomethane upgrading to transportation fuel quality using spent coffee for carbon dioxide capture in pressure swing adsorption. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2022. 10(2): p. 107169.
