面向建材應(yīng)用的二氧化碳捕獲過程CFD模擬.pdf

1、近年來國內(nèi)外土木工程領(lǐng)域研究表明，二氧化碳?xì)怏w作為一種新型建筑材料添加劑，可用來改造水泥基建筑材料如混凝土、水泥瓦、水泥再生磚的材料性能。利用二氧化碳作為添加劑，不僅使改造后的建材性能優(yōu)良，而且能大大減少溫室氣體的排放。直接從大氣中捕獲二氧化碳十分困難，實驗室生產(chǎn)的二氧化碳只會加重對環(huán)境的污染，因此如何高效捕捉排放源中二氧化碳將直接影響這種新型材料在土木工程中的廣泛應(yīng)用。煤炭能源消耗是二氧化碳最大集中排放源，將燃煤煙氣中產(chǎn)生的大量廢氣二

2、氧化碳進(jìn)行捕集回收，對水泥基材料進(jìn)行碳化改造，不僅可以提高建筑材料的性能，而且能有效控制大氣中二氧化碳的排放、減緩溫室效應(yīng)，可謂一舉兩得。本文對燃煤煙氣中二氧化碳捕集過程進(jìn)行相應(yīng)研究，并利用計算流體動力學(xué)對碳捕集過程進(jìn)行模擬分析，為二氧化碳在建筑行業(yè)的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　目前可利用的二氧化碳捕獲技術(shù)主要包括：燃燒前捕獲技術(shù)、富氧燃燒捕獲技術(shù)及燃燒后捕獲技術(shù)。燃燒后脫碳技術(shù)當(dāng)前最可行的方法，工業(yè)中常利用化學(xué)溶劑吸收法進(jìn)行燃燒后碳

3、捕集。
　　本文利用計算流體動力學(xué)對碳捕集吸收塔裝置中氨水吸收二氧化碳過程進(jìn)行模擬。采用化學(xué)溶劑吸收法，以吸收塔內(nèi)填料層為單元模型，分別模擬了填料單元內(nèi)氣相單相流、氣液兩相流動過程以及帶化學(xué)反應(yīng)的氣液兩相吸收過程。由氣相單相流動可得到與吸收反應(yīng)相關(guān)的壓降信息，有助于對填料設(shè)備的幾何構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化。由氣液兩相流動可模擬得到液體從液膜到溪流、液滴的流動狀態(tài)。將模擬結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)實驗結(jié)果對比，驗證了模型模擬方法的正確性，也為后續(xù)研究氨水吸

4、收二氧化碳的氣液吸收過程奠定了基礎(chǔ)。由組分輸運模型、通用有限速率模型和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)建立了帶化學(xué)反應(yīng)的氣液吸收模型，并通過填料表面生成碳酸氫銨濃度計算得到二氧化碳的吸收率。在該模型基礎(chǔ)上，考慮氣液質(zhì)量傳遞過程，編寫 UD F程序，建立了考慮氣液質(zhì)量傳遞的化學(xué)反應(yīng)模型，并將兩種模型模擬結(jié)果進(jìn)行了分析對比。在此基礎(chǔ)上，改變氨水吸收二氧化碳過程的操作條件如：氣液體入口流量、二氧化碳入口濃度、氨水入口濃度、壓強等，分析了吸收塔填料層內(nèi)碳捕集過程