CO2 kibocsátás csökkentése reaktív abszorpcióval Műszaki Tudományi

31 OTDK, Műszaki Tudományi Szekció, 5B_Energetika, hőtani és áramlástani folyamatok, berendezések Tagozat.

CO2 kibocsátás csökkentése reaktív abszorpcióval

Hallgató: Nagy Dávid
Szak: Vegyészmérnök, Képzés típusa: bsc, Intézmény: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kar: Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar

Témavazető: Dr. Láng Péter - egyetemi tanár, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar

Az üvegházhatású gázok közül a CO₂ koncentráció növekedése a legjelentősebb. Az erőművek CO₂ kibocsátásának csökkentésére számos módszer létezik (vizes mosás, reaktív mosás, membrán szeparáció). A CO₂ leválasztása és tárolása (CCS, Carbon Capture and Storage) az egyik legaktuálisabb és legfontosabb kutatási téma napjainkban.
Az abszorpció jól ismert és elterjedt művelet, jól tervezhető és modellezhető. A leggyakrabban vizsgált megoldás a füstgázok MEA (monoetanol-amin) víz eleggyel történő mosása. Nagy hatékonyságú, viszont az elnyelt szén-dioxid kihajtása (sztrippelése) az abszorbens folyadékból nagyon energiaigényes folyamat. Ezért az abszorber-sztripper rendszert sokféleképpen próbálták módosítani az energia igény csökkentése érdekében (Cousing et al., 2011).
Munkám célja egy abszorber sztripper rendszer szimulációja, hogy megvizsgáljam a legfontosabb műveleti paraméterek hatását, és így az energiaigény csökkentési lehetőségeket megtaláljam.
Felépítettem egy abszorber sztripper rendszer modelljét a ChemCAD professzionális folyamatszimulátor alkalmazásával. Az elkészült modellt irodalmi félüzemi kísérleti eredményekkel, míg magát az „Amine” termodinamikai modellt irodalmi gőz-folyadék egyensúlyi mérési adatokkal validáltam.
Megvizsgáltam a legfontosabb műveleti paraméterek hatását (nyomás, L/G arány, az abszorbens MEA koncentrációja, a bejövő füstgáz CO₂ tartalma, a betáplálás hőmérséklete, stb.) először az egyes kolonnákra, majd az egész rendszerre.
A szimuláció eredményei alapján megállapítottam, hogy az abszorberben kis elméleti tányérszám is elég (6-7), míg a sztripper hatékonyabban használ több (20 fölött is) elméleti tányért is. Az L/G viszony növelésére kinyerésbeli és fajlagos energiaigénybeli javulás is elérhető. A sztripper nyomásának növelésével javíthatunk mind a CO₂ kinyerésen, mind az energia hatékonyságon, ennek gátat szab a MEA bomlási hőmérséklete (130 °C).
Elkészítettem két folyamat-módosítási lehetőség modelljét („rich-split” és „split-flow”). Ezek működését egy saját fejlesztésű, genetikus algoritmust alkalmazó szoftverrel optimalizáltam.
Felhasznált irodalom:
Mangalapally & Hasse, „Pilot plant study of post-combustion carbon dioxide capture by reactive absorption…”, Chemical Engineering Research and Design, 1216-1228, (2011).
Cousins et al., „Preliminary analysis of process flow sheet modifications for energy efficient CO2 capture from flue gases using chemical absorption”, Chemical Engineering Research and Design, 1237-1251, (2011).