흡수 기반 탄소 포집 공정에서 재생 에너지를 최소화하기 위한 최적의 MEA/DIPA/물 혼합 비율: 실험적 CO2 용해도 및 열역학적 모델링
저자
발행사항
청주 : 충북대학교, 2023
학위논문사항
학위논문(석사)-- 충북대학교 : 도시에너지환경융합학부 화학공학전공 2023. 2
발행연도
2023
작성언어
영어
KDC
570.3 판사항(5)
발행국(도시)
충청북도
기타서명
Optimal MEA/DIPA/water blending ratio for minimizing regeneration energy in absorption-based carbon capture process: Experimental CO2 solubility and thermodynamic modeling
형태사항
ix, 74 p. : 삽화, 표 ; 26 cm
일반주기명
충북대학교 논문은 저작권에 의해 보호됩니다
지도교수:문종호
참고문헌 : p.64-71
UCI식별코드
I804:43009-000000058255
소장기관
새로운 CO2 흡수 솔루션은 H2O에 모노에탄올아민(MEA)과 디이소프로판올아민(DIPA)을 혼합하여 개발되었습니다. 혼합 비율이 다양한 MEA/DIPA 수용액에서 CO2의 용해도는 최대 400kPa의 CO2 분압 하에서 323.15~383.15K의 온도 범위에서 측정되었습니다. 연속치환법을 도입하여 12종 모두의 몰분율을 계산하였고, 비이상성을 고려하기 위해 전해질-UNIQUAC 모델을 적용하였다. 1) 최대 Δ𝛼𝐶𝑂2(총 아민 기반 CO2 순환 용량), 2) 최대 Δ𝛽𝐶𝑂2(총 용액 기반 CO2 순환 용량), 3) min −Δhabs(CO2 열 스트리핑 조건에서의 흡수), 및 4) min Qregen(탄소 포집 공정을 위한 재생 에너지). 여기서 Δ𝛼𝐶𝑂2, Δ𝛽𝐶𝑂2 및 −Δhabs는 솔루션의 속성이고 Qregen은 프로세스의 성능 매개변수입니다. 현열, 잠열, 반응열의 합인 Qregen은 "단축법"[1]을 사용하여 아민 혼합 비율에 따라 계산되었습니다. 이 과정에서 순환용량과 흡수열 외에 현열과 잠열의 영향을 동시에 고려해야 한다. 따라서 아민 혼합 비율을 결정하는 가장 신뢰할 수 있는 방법은 Qregen 최소화입니다. 4.01/25.99/70(w/w/w)의 MEA/DIPA/H2O 용액을 사용하여 얻은 공정의 최소 Qregen은 3.44 GJ/t CO2로 MEA와 DIPA의 시너지 효과로 단일 MEA 및 DIPA보다 8.7% 및 2.6% 낮았습니다.
더보기A new CO2 absorption solution was developed by blending monoethanolamine (MEA) and diisopropanolamine (DIPA) in H2O. The solubility of CO2 in MEA/DIPA aqueous solutionswith various blending ratios was measured at a temperature range of 323.15–383.15 K under CO2 partial pressures of up to 400 kPa. The successive substitution method was introduced to calculate the molar fractions of all 12 species, and the electrolyte–UNIQUAC model was applied to consider non-idealities. Then, the optimal blending ratio was obtained for four different targets: 1) max Δ𝛼𝐶𝑂2(total amine-based CO2 cyclic capacity), 2) max Δ𝛽𝐶𝑂2(total solution-based CO2 cyclic capacity), 3) min −Δhabs (heat of CO2 absorption under stripping condition), and 4) min Qregen (regeneration energy for the carbon capture process). Here, Δ𝛼𝐶𝑂2, Δ𝛽𝐶𝑂2, and −Δhabs are the properties of solution, while Qregen is a performance parameter of the process. The Qregen, the sum of sensible heat, latent heat, and heat of reaction, was calculated according to the amine blending ratio using the “shortcut method” [1]. In the process, besidesthe cyclic capacity and heat of absorption, the effect of sensible heat and latent heat must be considered simultaneously. Therefore, the most reliable method to determine the amine blending ratio is Qregen minimization. The obtained minimum Qregen of the process was 3.44 GJ/t CO2 using MEA/DIPA/H2O solutions of 4.01/25.99/70 (w/w/w), which was 8.7% and 2.6%lower than those of the single MEA and DIPA aqueous solutions due to the synergistic effect of MEA and DIPA.
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