Analiza symulacyjna pracy jednostki adsorpcyjnej PTSA do wychwytywania dwutlenku węgla ze spalin kotłowych

• Autorzy: Baka B , Sztekler K , Klajny R

Warianty tytułu

EN

Simulation analysis of work of PTSA adsorption unit for carbon dioxide separation from flue gas

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W prezentowanej pracy została przedstawiona technologia separacji dwutlenku węgla ze spalin kotłowych wykorzystująca proces adsorpcji bazujący na zdolności sorbentu do selektywnego pochłaniania składników mieszanin gazowych. Technologia ta, zwana postcombustion, jest połączeniem metody adsorpcji zmiennociśnieniowej i zmiennotemperaturowej (metoda PTSA) i stanowi elastyczną technikę, mogącą znaleźć zastosowanie w istniejących już blokach energetycznych. Jednostka PTSA do wychwytu CO2 została opracowana jako model matematyczny przy wykorzystaniu oprogramowania IPSE-pro firmy SimTech, który to model umożliwił przeprowadzenie symulacji numerycznych. Celem wykonanych obliczeń symulacyjnych było określenie warunków pracy układu PTSA, w szczególności określono wpływ temperatury i ciśnienia spalin na proces adsorpcji, wpływ ciśnienia desorpcji na zapotrzebowanie na sorbent, a także wpływ parametrów czynnika grzejnego na proces desorpcji oraz ustalono optymalne parametry pracy układu separacji.

EN

This paper presents one of the post-combustion methods of capturing carbon dioxide. The basics of adsorption process are shown, and the adsorption model PTSA is presented. The PTSA model is a combination of two different methods of separation: Pressure Swing Adsorption (PSA) and Temperature Swing Adsorption (TSA). The standard library from IPSE-pro software does not include a model for the separation unit, therefore is why a mathematical model was developed and imported to the IPSE-pro. Carried out simulations are designed to analyze the work conditions of the PTSA. This study focuses on three effects: the temperature and gas pressure effect on the process of adsorption, desorption pressure effect on the demand for sorbent and the parameters of a heating medium effect on the desorption process. Justified values of parameters of the separation units are defined. Experimental work is conducted by using synthetic 5A zeolite. The adsorption process in the PTSA system is operated with temperature and pressure corresponding to the temperature and pressure of the flue gas, which is introduced to capture units. In the first stage of the simulation, tests are conducted. The tests are to determine the parameters of flue gas, which allows reducing requirements on the sorbent and reducing the energy required to regenerate the sorbent. After the adsorption process, sorbent along with adsorbed CO2 is subjected to the regeneration process, in which carbon dioxide is released from the surface and pores of the sorbent. Regeneration of the sorbent allows restoring the original sorption properties of the sorbent and thus it can be used in subsequent cycles. The temperature, in which the desorption process takes place has a significant meaning and the heat source can be derived from a steam turbine. The next stage of this study is to examine the effect of pressure and temperature of the heating steam on the demand for the sorbent and desorption heat. Extraction steam is used to carry out the regeneration of sorbent.

Słowa kluczowe

PL

adsorpcja; jednostka PTSA; separacja CO2; modelowanie procesowe

EN

adsorption; PTSA unit; CO2 separation; process modeling

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 16, nr 1
• Strony: 141--152
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz.

Twórcy

autor

Baka B

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii, Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych, ul. J.H. Dąbrowskiego 73, 42-200 Częstochowa

autor

Sztekler K

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii, Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych, ul. J.H. Dąbrowskiego 73, 42-200 Częstochowa

autor

Klajny R

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii, Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych, ul. J.H. Dąbrowskiego 73, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Kotowicz J., Janusz K., Sposoby redukcji emisji CO2 z procesów energetycznych, Rynek Energii 2007, nr 1.
• [2] Majchrzak-Kucęba I., Badania usuwania i zagospodarowania dwutlenku węgla ze spalin kotłowych przy użyciu zeolitów, Praca doktorska, 2001.
• [3] Ościk J., Adsorpcja opis i teoria procesu, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie, Lublin 1969.
• [4] Paderewski M., Adsorpcja i adsorbery, Wyd. I - Politechnika Szczecińska, Szczecin 1980.
• [5] Sztekler K., Panowski M., Klajny R., Analiza rozwiązań konfiguracyjnych integracji technologii wychwytu CO2 z konwencjonalną siłownią cieplną, Pr. Nauk. Polit. Warsz. Konf. 2009, 26, 317-324.
• [6] Sztekler K., Panowski M., Klajny R., Modelling of CO2 adsorption from exhaust gases, The 20th International Conference on Fluidized Bed Combustion, Xian 2009, 889-897.
• [7] Sztekler K., Modelowanie procesu ograniczania emisji dwutlenku węgla ze spalin w układzie bloku energetycznego, Praca doktorska, 2011.
• [8] Warych J., Procesy oczyszczania gazów. Problemy projektowo - obliczeniowe, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1999.
• [9] Warych W., Oczyszczanie gazów. Procesy i aparatura, Wydawnictwa Naukowo- -Techniczne, Warszawa 1998.
• [10] www.chem.ug.edu.pl/~bojirka/GAZ_ODL.pdf;
• [11] Xu X., Chunshan Song Ch., Miller G.B., Scaroni W.A., Adsorption separation of carbon dioxide from flue gas of natural gas-fired boiler by a novel nanoporous molecular basket adsorbent, Fuel Processing Technology 2005, 86, 14-15, 1457-1472.