Koncepcja wykorzystania fali termoakustycznej w procesie separacji CO2

• Autorzy: Remiorz L.

Warianty tytułu

EN

The concept of using thermoacoustic wave in CO2 process separation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Dwutlenek węgla należy do grupy gazów cieplarnianych, szacuje się, że ma znaczący bo aż 50. procentowy udział w powstawaniu tzw. efektu cieplarnianego. Jest to spowodowane jego silną absorpcją promieniowania podczerwonego. Dlatego też wysiłki środowisk badawczych koncentrują się obecnie na metodach redukcji emisji CO2 do atmosfery poprzez wprowadzenie technologii jego wychwytu [4,5,7,8,9]. Sam proces separacji dwutlenku węgla można podzielić na: absorpcję, adsorpcję, separację membranową i metody kriogeniczne. Oprócz tych metod, które są już na pewnym poziomie zaawansowania badawczego przedmiotem badań są również metody separacji oparte o inne zjawiska fizyczne. Jedną z nich jest metoda, wykorzystująca fale akustyczne lub termoakustyczne. W pracy przedstawiono wyniki modelowania numerycznego prostokątnego kanału o wymiarach 20x50x1000mm wypełnionego mieszaniną powietrza i CO2 w którym wzbudzono falę akustyczną. Jeden koniec kanału pozostawiono otwarty, natomiast na drugim końcu zamodelowano wymuszenie akustyczne. W wyniku oddziaływania wymuszenia, wewnątrz kanału zaobserwowano zaburzenia jednorodności mieszaniny. Zakłócenie jednorodności miało trwały charakter w odniesieniu do kolejnych cykli fali akustycznej. Na wyniki badań modelowych niewielki wpływ miały takie parametry jak dyskretyzacja przestrzenna i średnie ciśnienie wewnątrz kanału. Nieco większy wpływ na wyniki zaobserwowano w przypadku dyskretyzacji czasowej. Niezależnie od wartości przyjętych parametrów modelowania samo zjawisko separacji zachodziło w każdym z rozpatrywanych przypadków. Przedstawione wyniki symulacji numerycznych wymagają eksperymentalnej weryfikacji, która jest przedmiotem dalszych badań.

EN

Carbon dioxide belongs to the group of greenhouse gases. It is estimated that CO2 has a significant, 50% share in the generation of the greenhouse effect. This is caused by its strong absorption of infrared radiation. The efforts of research circles focus on the methods to reduce CO2 emissions into the atmosphere by means of the introduction of capture technologies [11,12,13,14,15]. The carbon dioxide separation process can be divided into: absorption, adsorption, membrane separation, and cryogenic methods. Apart from these methods, which are already at a certain level of research advancement, other separation methods, based on different physical phenomena are being developed. One of them is separation which makes use of the acoustic or thermoacoustic wave. This paper includes the results of model studies of an acoustic tube filled with a mixture of air and CO2 in which a standing wave was induced. The paper presents the results of numerical modelling of an acoustic tube filled with a mixture of air and CO2. A rectangular testing tube with dimensions: 20x50x1000mm was assumed. One end of the tube was left open, whereas an acoustic wave inductor was modelled at the other end. Due to the effect of an acoustic wave, a disturbance in the mixture homogeneity occurred in the modelled tube. The homogeneity disturbance had a lasting character with respect to the subsequent oscillation cycles in the tube. The observed phenomenon was not qualitatively affected by parameters such as the numerical mesh size, the adopted time step or the pressure in the tube. The separation could be observed regardless of the values of adopted parameters, within the set limits, of course. At the same time, the values adopted for the modelling had an impact on the level and time of separation, which was the case for space and time discretisation in particular. The presented results need experimental verification, which is the subject of further studies.

Słowa kluczowe

PL

separacja CO2; termoakustyka; modelowanie CFD

EN

thermoacoustic; CO2 process separation

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2012
• Tom: Nr 4
• Strony: 121--125
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Remiorz L.

• Silesian University of Technology, Institute of Power Engineering and Turbomachinery, Konarskiego 18, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Carrier F.: The mechanics of the Rijke tube. Quarterly of Applied Mathematics, Vol.12, No.4, pp.383-395, 1955.
• [2] Chmielniak T.J., Chmielniak T.: Separacja CO2 z procesów energetycznego przetwórstwa paliw. Rozdział 11 z pracy zbiorowej pod redakcją Ściążko M., Zieliński H.: Termochemiczne przetwórstwo węgla i biomasy. Wydawnictwo IChPW i IGSMiE PAN, Zabrze - Kraków 2003.
• [3] Geller D., Swift G.: Thermodynamic efficiency of thermoacoustic mixture separation.
• [4] Kotowicz J., Bartela Ł., Optimisation of the connection of membrane CCS installation with a supercritical coal- fired power plant. Energy 2012;38:118-127.
• [5] Kotowicz J., Chmielniak T, Janusz - Szymańska K.: The influence of membrane CO2 separation on the efficiency of a coal-fired power plant. Energy 2010;35(2):841-850.
• [6] Kotowicz J., Janusz K.: Sposoby redukcji emisji CO2 z procesów energetycznych. Rynek Energii, 2007, nr 1.
• [7] Kotowicz J., Janusz - Szymańska K.: Influence of membrane CO2 separation on the operating characteristics of a coal-fired power plant. Chemical and Process Engineering 2010;31(4):681-698.
• [8] Kotowicz J., Skorek - Osikowska A., Janusz - Szymańska K.: Membrane separation of carbon dioxide in the integrated gasificaion combined cycle systems. Archives of Thermodynamics 2010;31(3):145-164.
• [9] Kotowicz J., Skorek - Osikowska A., Bartela Ł.: Economic and environmental evaluation of selected advanced power generation technologies. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy 2011;225(3):221-232.
• [10] Lord Rayleigh: The Theory of Sound. Vol.II, Dover, New York, 1945.
• [11] Remiorz L., Dykas S., Rulik S.: Numerical Modelling of Thermoacoustic Phenomenon as Contribution to Thermoacoustic Engine Model. TASK QUARTERLY 14 No 3, 261–273.
• [12] Spoor P. and Swift G.: Thermoacoustic Separation of a He-Ar Mixture, Physical Review Letters, Volume 85 NR 8, 21 August 2000.
• [13] Swift G. and Geller D.: Continuous thermoacoustic mixture separation.
• [14] Swift G. and Spoor P.: Thermal diffusion and mixture separation in the acoustic boundary layer. J. Acoust. Soc. Am. 106, 1794–1800 1999.
• [15] United States Patent: Patent No.: US 6,733,569 B2, May 11, 2004.