循环流化床（Circulating Fluidized Bed Reactors,CFBRs）,因其良好的传热、传质性能等优点,成为了工业上脱除CO2的重要装置,了解和掌握其吸附机理和操作性能尤为关键。此外,随着计算机技术的发展,计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）模拟技术已成为研究CFBRs内气固两相流流动及工业应用的重要手段。然而,考虑到现在大部分的CFD模拟理论都是在比较极端和理想的实验条件下得到,在具体的CFBRs的应用中,现有的CFD模拟理论很难对复杂工况下的实验结果进行精准的预测。因此,充分考虑具体CFBRs工业应用的CFD模拟与实际反应过程之间的差异对提升CFD模拟精度和优化操作条件都极其重要。有鉴于此,本文充分考虑了K2CO3基多孔固体吸附剂在CFBRs中进行CO2吸附时所表现出的反应特性与反应器维度对CO2吸附模拟过程的影响,参考前人的实验数据,提出了双区缩核模型、研究了二维/三维（2D/3D）体系中CO2吸附特性和复合流化床反应器的操作条件优化,开展了如下三个方面的研究工作:1.以缩核模型为基础,提出了双区缩核模型。通过将文献中不同流型下K2CO3基多孔固体吸附剂吸附CO2的吸附特征曲线进行比对,考虑实际吸附过程中CO2扩散速率变化趋势的同时,提出了吸附剂的高反应外壳与低反应内核的反应半径与反应速率指前因子的可能取值。通过UDF编写,将双区缩核模型应用到CFD模拟之中,并通过CFD模拟对所提出的双区缩核模型与模型参数加以验证。不仅使CFD模拟过程更接近实际CFBRs内气固吸附过程与反应器吸附性能特征,也为接下来的多孔固体吸附剂吸附气体反应物的CFD模拟提供指导。2.采用双区缩核模型,对流化床反应器内CO2的吸附过程分别进行了基于2D和3D体系的CFD模拟。分别控制反应器温度、进气速度和静止床层高度三个操作条件,对CO2吸附过程中的传热传质及动力学特性进行考察,并使用ANOVA方差分析与响应面法深度研究了2D/3D模拟体系下CO2吸附过程中流动和反应特性之间的差异。结果表明,3D模拟可以较好的捕捉到流化床反应器内部颗粒的扰动行为,因此可以正确地预测反应器内部标准化压降的变化。虽然2D模拟在对颗粒尺度反应速率的预测上和3D模拟的结果之间没有明显的差异,但是在较高的进气速度和较低的静止床层高度的条件下,2D模拟无法对气固相之间产生的气泡进行有效的解析。对床层膨胀率的错误预测导致2D模拟在对气体停留时间和传质阻力上的预测上存在明显的误差,使得2D模拟无法正确地预测流化床反应器的CO2吸附性能。因此,在研究操作气速与床层高度对流化床反应器的CO2吸附性能的定量影响时,应优先考虑使用3D模拟。而在研究操作温度对吸附性能的影响与验证反应模型时,可优先考虑使用2D模拟。3.为了提高流化床反应器的CO2吸附效率和固体吸附剂利用率,有人提出了耦合鼓泡流化床-输送床的新型CFBRs。本文分别进行了物料全循环的CFD模拟和包含了CO2吸附过程的提升管CFD模拟,通过调节中心气速,在全循环模拟中验证物料的循环流率,在提升管模拟中研究气速和物料循环流率对CO2吸附效率和反应器能量效率的影响。结果表明,由于K2CO3、Al2O3和KHCO3比热容不同,且不同的吸附效率导致所需要进行解吸过程的KHCO3的数量也不一样,这也导致了在操作条件的优化过程中,捕集效率与能量最优效率的不一致性。