MODELING OF A COMBINED ITM-POROUS OXYGEN TRANSPORT REACTOR: TOWARDS A SPATIALLY UNIFORM TEMPERATURE ITM
No Thumbnail Available
Date
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Saudi Digital Library
Abstract
ينبعث غاز ثاني أكسيد الكربون من احتراق جميع أنواع الوقود الأحفوري والذي يعتبر من الغازات الدفيئة. في هذا البحث سيتم تسليط الضوء على تطوير دورات توليد الطاقة بحيث يتم امتصاص غاز ثاني أكسيد الكربون والحد من انبعاثه. تعتبر التقنيات الحالية لامتصاص هذا الغاز مكلفة ومستهلكة للطاقة بشكل كبير. سيكون بديلا لهذه التقنيات الممتصة لغاز ثاني أكسيد الكربون هو حرق الوقود الأحفوري في الأوكسجين النقي ، بحيث أنه في تيار غاز الاحتراق يكون تركيز ثاني أكسيد الكربون عاليا وبالتالي حرق الوقود في أوكسجين نقي يقلل أو يلغي الحاجة إلى استخدام تقنيات مكلفة لالتقاط غاز ثاني أكسيد الكربون. إن تقنية احتراق الوقود في الأوكسجين تعتبر واحدة من التقنيات الناشئة والمستخدمة في امتصاص وتحجيم غاز ثاني أكسيد الكربون. في مثل هذا النوع من الاحتراق يتم احتراق الوقود الأحفوري في الأوكسجين النقي بدلا من الهواء العادي بالإضافة إلى أن غازات الاحتراق عادة مكونة من غاز ثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء والتي يمكن فصلها بسهولة باستخدام عمليات التبريد. تقدم أغشية نقل الأوكسجين (ITM) تقنية واعدة لإنتاج الأوكسجين بنسبة نقاء عالية تصل إلى 99% دون أن تؤثر سلبا على كفاءة محطات احتراق الأوكسجين. يمكن زيادة معدل فصل هذه التقنية (ITM) باستبدال غاز الاكتساح الخامل بخليط متفاعل ومخفف مثل (غاز ثاني أكسيد الكربون ، غاز الميثان ) وهذه تقلل الضغط الجزئي على جانب الغشاء. من أهم مشاكل هذه المفاعلات هو الاستخدام الغير منضبط للوقود والذي يؤدي إلى عدم انتظام درجة حرارة الغشاء مما قد يؤدي إلى تلف الغشاء. في هذا البحث اقترحنا أن نستخدم مفاعل أغشية الانتقال الأيونية (ITM) بقنوات متعددة لنحصل على درجة حرارة متساوية تقريبا على طول الغشاء وذلك يتحقق بتوزيع غاز الأوكسجين باستخدام (ITM) إلى قناة الاحتراق ، و بتوزيع غاز الميثان عن طريق الغشاء المسامي إلى قناة الاحتراق أيضا مما يؤدي إلى احتراق متوزع على طول القناة فتصبح درجة الحرارة على طول الغشاء ثابتة. الهدف الرئيسي من هذه الرسالة هو التمكن من التنبؤ بخصائص الاحتراق الأوكسجيني في مفاعل نقل أوكسجين بهدف جعل المفاعل ذو درجة حرارة ثابتة تقريبا وذلك من خلال فصل الأوكسجين من الهواء باستخدام أغشية الانتقال الأيونية (ITM) وباستخدام أغشية مسامية لتحقيق نسبة موحدة القياس من الغاز إلى الأوكسجين من أجل أن يكون الاحتراق متوزع بالتساوي على طول الغشاء كاملاً. تم استخدام نموذج ثنائي الأبعاد لدراسة ديناميكا الموائع الحسابية (CFD) في دراسة خصائص الاحتراق. وتستند عمليات المحاكاة على الحل العددي لمعادلات حفظ الكتلة، والقوة الدافعة، والطاقة، ومعادلة الانتقال المتعدد. لأداء حسابات (CFD) تم استخدم البرنامج التجاري FLUENT. تم استخدام نموذج معرف إضافي (FUD) لحساب كتلة الأوكسجين المنتقلة من خلال غشاء (ITM) ونموذج مبني بداخل البرنامج (1D) لحساب كتلة غاز الميثان المنتقل خلال الغشاء المسامي .تم تصميم غشاء (ITM) على شكل طبقة انتقائية على أنها تسمح للأوكسجين بالانتقال من خلالها متأثرة بدرجة الحرارة وبالضغط الجزئي للأوكسجين في كلا الجانبين ( الجانب المنتقل الأوكسجين منه والجانب المنتقل إليه)، أما بالنسبة لتدفق غاز الميثان من خلال الغشاء المسامي فهو يتأثر بمسامية الغشاء وبسماكة الغشاء المسامي. تم التحقق من النموذج المستخدم في هذا البحث مع تجربة سابقة تم أدائها في نفس مجال البحث وتم الحصول على اتفاق جيد في النتائج. تمت دراسة أداء غشاء (ITM) في فصل الأوكسجين عن الهواء بواسطة تغيير ظروف التدفق في جانب الاحتراق. توضح النتائج أنه عند تثبيت مستوى تدفق غاز الميثان يزداد معدل تغلغل الأوكسجين من خلال غشاء (ITM) بازدياد نسبة غاز الميثان إلى ثاني أكسيد الكربون وهذه الزيادة تصل إلى ثلاثة أضعاف عند الاحتراق مقارنة بالتغلغل دون حدوث هذا الاحتراق. باستخدام غشاء (ITM) مع الغشاء المسامي تم الحصول على توزيع منتظم للحرارة على طول مفاعل انتقال الأكسجين.