دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 5 2023 07 23 Kinetic modeling of CO2 capture in calcium looping process in the presence of sulfur dioxide based on random pore and fractal-like models مدل‌سازی سینتیکی جذب دی‌‌اکسید کربن در فرایند چرخه‌کلسیم در حضور گاز دی‌اکسید سولفور بر پایه مدل‌های حفرات تصادفی و شبه‌فراکتال 659 674 5183 10.22060/mej.2023.21917.7541 FA حمیدرضا رمضان بهتاش دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران مریم طهماسب‌پور دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران محمدرضا تیزفهم دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران Journal Article 2022 11 06 Carbon dioxide is the primary greenhouse gas and its capturing by the calcium looping process is considered as one of the most promising technologies to reduce the negative effects on climate change. Since the calcium looping process is carried out at temperature higher than 700^oC, it is not always possible to perform experimental investigations of the reactions taking place in industrial scales at real conditions. Therefore, in this research, two kinetic models including random pore and fractal-like models were used for the modeling of carbonation and sulfation reactions. The results showed that due to the importance of the diffusion stage in the product layer, the difference between the experimental data and the ones predicted by the random pore model increased by passing time, and this difference was more increased under higher concentrations of sulfur dioxide. On the contrary, the fractal-like model with considering variable diffusion coefficients during the reaction time, presented a better accuracy. The fractal-like model was used to predict the carbonation and sulfation reactions conversions at cycles 5, 15, and 30, showing 60, 37, and 27% carbonation conversion, and 1.6, 1.3, and 1.1% sulfation conversion, respectively. In addition, the conversions were decreased during the consecutive cycles due to the decrease of capture capacity and specific surface area of ​​the adsorbent. دی‌اکسید‌کربن از مهم‌ترین گازهای گلخانه‌ای بوده و جذب آن در فرایند چرخه‌کلسیم، از امیدوارکننده‌ترین فناوری‌ها برای کاهش اثرات منفی آن بر روی تغییرات اقلیمی می‌باشد. باتوجه‌به این که این فرایند در دماهایی بالاتر از ^oC ۷۰۰ انجام می‌‌گیرد، امکان مطالعه بر روی سینتیک واکنش‌های صورت‌گرفته در آن در مقیاس‌های صنعتی و در شرایط واقعی مهیا نمی‌باشد، از همین رو در این تحقیق، از دو مدل سینتیکی حفرات تصادفی و شبه‌فراکتال جهت مدل‌سازی داده‌های آزمایشگاهی واکنش کربناسیون و سولفاته‌شدن استفاده شد. نتایج نشان داد که به دلیل اهمیت مرحله نفوذ در لایه محصول، اختلاف بین داده‌های تجربی و نتایج حاصل از مدل حفرات تصادفی با گذشت زمان، افزایش پیدا کرده و در غلظت‌های بالای گاز دی‌اکسیدسولفور ورودی، این اختلاف بیشتر نیز شد. در مقابل، مدل شبه‌فراکتال با متغیر در نظر گرفتن ثابت نفوذ در طول زمان واکنش، نتایج به‌دست آمده را با دقت بهتری ارائه داد. از مدل شبه‌فراکتال جهت پیش‌بینی درصد تبدیل کربناسیون و سولفاته‌شدن در چرخه‌های ۵، ۱۵ و ۳۰ استفاده‌ شد که درصدهای تبدیل برای کربناسیون به‌ترتیب 60، 37 و 27 درصد و برای سولفاته‌شدن به‌ترتیب 3/1، 1/6 و 1/1 درصد بدست آمد. به‌علاوه، به دلیل کاهش ظرفیت جذب جاذب، درصد تبدیل در طول چرخه‌های متوالی کاهش یافته‌است. https://mej.aut.ac.ir/article_5183_75f266633433d20abf6c1a13d97e7491.pdf