[发明专利]一种基于Fluent的变压吸附碳捕集的优化方法

说明书

本发明公开了一种基于Fluent的变压吸附碳捕集的优化方法，包括吸附CO₂的吸附床模型建立和计算流体力学模型建立；首先，设定吸附床的基本参数，进行模型假设；然后，利用Fluent对CO₂吸附过程进行数值模拟，建立质量、动量和能量守恒方程；编写用户自定义函数进行求解，同时使用3个用户定义的标量和6个用户定义的内存；设定变压吸附的初始及边界条件，通过离散控制方程从而模拟整个吸附过程，得到吸附结果；当一个吸附过程结束后，根据吸附结果调整初始或边界条件，从而找到对应吸附床层最优的吸附条件，得到更准确更符合实际的吸附容器内的流体流动分布、组分浓度分布、各项温度等，对CO₂吸附过程的能效分析和吸附系统进行了优化。

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种基于Fluent的变压吸附碳捕集的优化方法。

背景技术

气候变化问题逐渐成为全球关注的焦点之一，而主要负面贡献之一就是二氧化碳的温室效应。众多缓解气候变化技术中，碳捕集与封存(CCS)技术被认为是一种积极有效的技术举措。而关于碳捕集技术中的能耗分析，前人总结了二氧化碳物理吸附的相关研究，并指出吸附碳捕集技术应关注吸附技术的第一定律和第二定律的热力学分析。通常CO2捕集方法为：吸收法、吸附法、膜分离和低温分离法。

变压吸附法(PSA)成功开发于上世纪60年代，是一种新型气体吸附分离技术，它有如下优点：产品纯度高；一般可在室温和不高的压力下工作，床层再生时不用加热，产品纯度高；设备简单，操作、维护简便；连续循环操作，可完全达到自动化。但同时PSA是一个复杂的动态过程，若完全依靠实验研究具有很大的困难和局限，且单纯依靠实验方法很难获得分离过程的内在吸附分离原理。计算流体力学(CFD)方法具有信息完整、速度快、费用低等优点，有着巨大的应用价值和研究意义。因此，可基于计算流体力学(CFD)方法对变压吸附过程进行模拟，获得有用的数据。

根据变压吸附基本原理，确定其传质速率模型和两相平衡模型，采用FLIENT的用户自定义函数(UDF)功能，将传质模型和平衡模型与多孔介质模型耦合，以反映气-固两相传质作用。

Fluent自带多孔介质模型中的能量方程假设气相固相温度一样，但这并不符合实际，如果单纯地采用这种模型会对吸附模拟过程造成影响从而不能很好地模拟实际过程。所以通过用户自定义标量(UDS)功能，引入固相能量方程，从而表示出两个能量方程，将多孔介质单相模型整合为更加完善的气-固两相流变压吸附固定床模型。