بخشی از مقاله
چکیده :
استفاده از سوخت های فسیلی برای تولید انرژی سبب انتشار گاز CO2 در جو می شود. این پدیده باعث گرمایش جهانی و تغییرات آب و هوا و افزایش سطح آب اقیانوس ها شده است. بنابراین محققان به دنبال راهی برای جذب گاز CO2 از گازهای احتراقی هستند. فنآوری حلقه شیمیایی سوخت با جذب CO2 موجود در گازهای احتراق و کاهش انتشارات NOx در ایستگاههای تولید انرژی میBتواند بعنوان یک تکنولوژی کارآمد مورد استفاده قرار بگیرد. در این پژوهش، مدل سازی راکتور بستر ثابت سوخت انجام شده است و پس از اعتبارسنجی مدل، تاثیر افزایش مقیاس راکتور بر میزان تبدیل حامل اکسیژن و متان نشان داده شده است. میزان تبدیل حامل در انتهای دوره کاهش حدود %95 محاسبه شد.
-1 مقدمه :
احتراق سوخت های فسیلی همراه با از بین رفتن جنگل ها برای توسعه شهرها و رشد صنعت، سبب افزایش گاز کربنیک در جو شده است. برطبق گزارش 1 IPCCمیزان افزایش دمای متوسط کره زمین از سال 1906 تا 2005، 0/74 درجه سانتیگراد گزارش شده است و طبق توصیه این سازمان میزان افزایش دمای کره زمین باید تا سال 2100 پایین تر از 2 درجه سانتیگراد نگه داشته شود .[1] از اثرات نامطلوب گرم شدن کره زمین می توان به افزایش خشکسالی، از بین رفتن یخ های قطبی وغیره اشاره داشت . [2] به همین دلیل برای کنترل این بحران کشورهای سراسر جهان قراردادی را به نام پروتکل کیوتو2 طرح کردند. از میان روشهای جداسازی CO2 ، سیکل چرخشی شیمیایی 1راندمان حرارتی بیشتری برای تولید انرژی نسبت به سایر فرآیندها همچون روشهای پس احتراقی2، پیش احتراقی3، احتراق با اکسیژن4 و سیکل کلسیم دارد. همچنین این روش توانایی تولید هیدروژن به عنوان یکی از محصولات را داشته و جداسازی کامل CO2 را امکانپذیر میسازد. درحالی که با بکارگیری روشهای قبلی، جداسازی به صورت کامل انجام نمی شود.
در حلقه شیمیایی احتراق - CLC - ، یک ماده شیمیایی به شکل یک اکسید فلز/فلز به عنوان حامل اکسیژن - 5 - OC وجود دارد و سوخت و هوا بصورت غیر مستقیم در تماس با هم هستند. حامل اکسیژن چرخه ای رابین دو راکتور سوخت و هوا طی میکند تا اکسیژن مورد نیاز جهت احتراق در راکتور سوخت را فراهم کند. از آنجا که در راکتور سوخت،سوخت با اکسیژن خالص عمل احتراق را انجام میدهد بنابراین محصولات خروجی عاری از NOX بوده و عمدتا شامل بخار آب و CO2 می باشد که با کندانس کردن بخارآب، می توان CO2 خالص را به راحتی جدا نمود.
شکل :1 نمودار حلقه شیمیایی احتراق
-2 مکانیزمهای واکنش:
واکنش اکسایش تبدیل متان به CO2 به دو روش میتواند انجام شود. در روش اول، متان با NiO واکنش میدهد تا به طور مستقیم و بدون در نظر گرفتن CO بعنوان یک حالت میانی CO2 تولید کند.
- 1 - × CO2 2Ni 2H 2 2NiO CH 4
- 2 - × Ni H2 O × NiO H2
در روش دوم، اگر نسبت اکسیژن - میزان اکسیژن واکنش داده با سوخت - ، مورد نیاز برای احتراق کامل کم باشد،اکسایش جزئی متان، فرآیند کاهش را به سمت تشکیل H2 و CO میل میBدهد.
- 3 - CO2 Ni NiO CO
- 4 - 2H 2 CO Ni NiO CH 4
Ni تشکیل شده طی فرآیند کاهش، فرآیند رفرمینگ متان - 1واکنشهای 5 و - 6 و تجزیه متان - 2واکنش - 7 ، واکنش تشکیل متان از کربن مونواکسید - 3واکنش - 8 و واکنش جابجایی آب و گاز - 4واکنش - 9 ، را کاتالیزه میBکند.
- 5 - H 2O CO 3H 2 CH 4 Ni
- 6 - 2H 2 Ni 2CO CO2 CH 4
- 7 - 2H 2 Ni Ni C Ni CH 4
- 8 - H 2O Ni CH 4 3H 2 CO
