Thermo-physical properties of CO2 mixtures and their impacts on cryogenic carbon capture processes
Tid: Fr 2022-02-04 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/61275758291
Språk: Engelska
Ämnesområde: Kemiteknik
Respondent: Yuting Tan , Energiprocesser
Opponent: Associate Professor Lars Nord, Norwegian University of Science and Technology
Handledare: Professor Per Alvfors,
QC 2022-01-13
Abstract
Avskiljning och lagring av koldioxid (CCS) är en av de tekniker som kan förväntas bidra till signifikanta minskningar av koldioxidutsläpp till atmosfären. En ökad förståelse för de termofysikaliska egenskaperna för olika koldioxidblandningar är nödvändig för utformning och drift av de olika processer som är relevanta för CCS. För att fylla kunskapsluckorna behöver de viktigaste tillståndsstorheterna, dvs de som i hög grad påverkar processer för CCS, identifieras och modeller för att beskriva dessa termofysikaliska tillståndsstorheter måste utvärderas.
Nuvarande status av hur tillståndstorheterna påverkar olika relevanta processer, har granskats i denna avhandling genom en litteraturstudie. Processerna som har studerats är konditionering, lagring och transport av koldioxid. Litteraturstudien visar att värmekapacitet och densitet är viktigast för pumpningsprocesser, medan värmekapacitet och kompressibilitet har större inverkan på kompressionsprocesserna. Dessutom är densitet och värmekapacitet de viktigaste tillståndsstorheterna för transport av koldioxid i gasledning. Vid lagring av koldioxid är densitet och viskositet de viktigaste egenskaperna.
De kunskapsluckor om tillståndstorheternas påverkan, som identifierades vid litteraturundersökningen, har i denna avhandling undersökts kvantitativt genom känslighetsanalys. Det gäller design och drift av nyckelkomponenterna flerströms plattvärmeväxlare och centrifugalkompressor, men även hela den kryogena processens prestanda. Resultaten visar att värmekonduktiviteten har den största inverkan på dimensionering av värmeväxlare. Densitet och entalpi påverkar i högsta grad kompressorns impellerdiameter och dess isentropiska verkningsgrad. Dessutom har värmekonduktiviteten den största påverkan på avskiljningshastigheten för koldioxid, den avskilda koldioxidens renhet och driftskostnaden för den kryogena separationsprocessen. Därför bör utvecklingen av en noggrannare värmekonduktivitetsmodell prioriteras för den kryogena separationsprocessens design och drift.
Prestandan hos viskositetsmodeller och värmekonduktivitetsmodeller utvärderades även med avseende på tillståndens påverkan på olika koldioxidsammansättningar med icke-kondenserbara föroreningar. Resultaten visar att KRW-modellen (Kestin-Ro-Wakeham) är mest lämplig för att prediktera viskositet och att GERG-modellen (Groupe Européen de Recherches Gazières) är mest lämplig för att uppskatta värmeledningsförmåga.