Måling av reaksjonsvarme og gass-/væskelikevekt for CO2 fangst i solventer med to væskefaser

摘要

Absorpsjon av CO2 ved bruk av aminer er en velutviklet teknologi for CO2-fangst. Likevel er det stort forbedringspotensial ved dagens teknologi, relatert til blant annet høyt energiforbruk, degradering av aminer og reaksjonshastighet. Det forskes kontinuerlig for å finne solventer som vil forbedre CO2-fangstprosessen. Denne oppgaven tar for seg to nye solventer for CO2 absorpsjon: Den tertiære aminen 2-(diethylamino)-ethanol (DEEA) og diaminen 3-(methylamino) -propylamine (MAPA), som har én primær- og én sekundær amingruppe. Ulike blandingsforhold av de to aminene er testet eksperimentelt. Det er målt absorpsjonsvarme for CO2-absorpsjon i DEEA-MAPA- blandinger i et reaksjonskalorimeter ved temperaturene 40 grader C, 80 grader C og 120 grader C . Totalt seks ulike blandinger er testet, der hvert forsøk er utført to ganger ved hver temperatur. Tre av blandingene dannet to væskefaser når en gitt mengde CO2 var absorbert (loading), mens tre blandinger forble én væskefase gjennom hele forsøket. Generelt er verdiene for absorpsjonsvarme i samme løsning økende for økende temperatur opp til en loading rundt 0.3. I DEEA-MAPA- blandinger er absorpsjonsvarmen jevnt avtakende for økende loading. Dette er ulikt trenden i rene DEEA-vann- og MAPA-vannløsninger, som holder konstante absorpsjonsverdier opp til en loading rundt 0.8.Tilsvarende absorpsjonsmålinger er utført for absorpsjon av CO2 i Mono-ethanolamine(MEA)-vann. MEA-vann er et system det er gjort mye forskning på, og tidligere data fra andre forskere er brukt for å validere de resultater som er oppnådd i dette arbeidet. Resulatene stemmer godt overens for forsøk utført ved T=40 grader C og 80 grader C. Resulatene ved T=120 grader C avviker noe mer, men innen akseptable grenser. Parallelle forsøk viser stort sett like verdier, og indikerer god reproduserbarhet. Gass-væske-likevekt(VLE)-data er beregnet basert på endringer i totaltrykk i reaktoren, ved likevekt mellom hver tilførsel av CO2. VLE-data fra dette forsøket stemmer bra med litteraturdata. Det er også utført et sett av enkle eksperimenter for bestemmelse av loading der faseendringer skjer. Disse loadingene er sammenlignet med data for absorpsjonsvarme og VLE for å undersøke effekten av faseendring. Ingen betydelige endringer ble observert, og en slik effekt er ikke påvist. Én blanding skiller seg ut som det beste alternativet som solvent i en absorpsjonsprosess. Blandingen med 3M DEEA+1.5M MAPA har de laveste verdiene for absorpsjonsvarme ved høy temperatur, og samtidig det høyeste partialtrykket, som er ønskelige egenskaper i desorpsjon av CO2.