Carbon dioxide removal processes by alkanolamines in aqueous organic solvents Hamborg, Espen Steinseth

Vergelijkbare documenten
Van 'gastarbeider' tot 'Nederlander' Prins, Karin Simone

Improving the properties of polymer blends by reactive compounding van der Wal, Douwe Jurjen

De betrouwbaarheid van kleinschalige methoden voor waterzuivering Kaaij, Rachel van der

Citation for published version (APA): Mazzola, P. (2016). Phenylketonuria: From body to brain [Groningen]: Rijksuniversiteit Groningen

Laat maar zitten Janssen, Janine Hubertina Lambertha Joseph

University of Groningen. Up2U Harder, Annemiek T.; Eenshuistra, Annika

University of Groningen. De afkoelingsperiode in faillissement Aa, Maria Josepha van der

Oxidative dehydrogenation of ethylbenzene under industrially relevant conditions Zarubina, Valeriya

University of Groningen

Een model voor personeelsbesturing van Donk, Dirk

Quantitative STIR MRI as prognostic imaging biomarker for nerve regeneration Viddeleer, Alain

University of Groningen. Zorgvermijding en zorgverlamming Schout, Hendrik Gerrit

University of Groningen

University of Groningen. Electron Holography of Nanoparticles Keimpema, Koenraad

Citation for published version (APA): Veeze, P. (1968). Rationale and methods of early detection in lung cancer. [S.n.].

Neuroanatomical changes in patients with loss of visual function Prins, Doety

University of Groningen. Hulp op maat voor leerlingen met leerproblemen in het vmbo Mombarg, Remo

Electric double layer interactions in bacterial adhesion and detachment Poortinga, Albert Thijs

Multiple sclerose Zwanikken, Cornelis Petrus

University of Groningen

Bouwen op een gemeenschappelijk verleden aan een succesvolle toekomst Welling, Derk Theodoor

University of Groningen. De besmettelijkheid van de ftisis Groenhuis, Dirk Johan Jacob

Draagvlak migratiebeleid Postmes, Thomas; Gordijn, Ernestine; Kuppens, T.; Gootjes, Frank; Albada, Katja

Dynamics of inner ear pressure change with emphasis on the cochlear aqueduct Laurens-Thalen, Elisabeth Othilde

Schoolsucces van Friese leerlingen in het voortgezet onderwijs de Boer, Hester

Procesevaluatie van het Navigator project Jager, John Mike

University of Groningen. Inferior or superior Carmona Rodriguez, Carmen

Mensen met een verstandelijke handicap en sexueel misbruik Kooij, D.G.

Interactie als gereedschap Koole, Tom

Citation for published version (APA): Verbakel, N. J. (2007). Het Chronische Vermoeidheidssyndroom, Fibromyalgie & Reuma.

Molecular aspects of HNPCC and identification of mutation carriers Niessen, Renee

University of Groningen. Eerste Hulp vaker ter plaatse Verhage, Vera

Citation for published version (APA): Hoekstra, H. J. (1982). Fractures of the proximal femur in children and adolescents [S.n.]

Intrapersonal factors, social context and health-related behavior in adolescence Veselska, Zuzana

Zorgen rondom IVF Boekaar, J.; Riemersma, M.

University of Groningen. Resultaat van pleegzorgplaatsingen Oijen, Simon van

University of Groningen. Vrije en reguliere scholen vergeleken Steenbergen, Hilligje

Multiple sclerose Zwanikken, Cornelis Petrus

Hypothalamus, pituitary and thyroid. The control system of thyroid hormone production. Sluiter, Wim J.

Citation for published version (APA): Scheepstra, A. J. M. (1998). Leerlingen met Downs syndroom in de basisschool Groningen: s.n.

Improving metabolic control in NIDDM patients referred for insulin therapy Goddijn, Patricia Petra Maria

Citation for published version (APA): Roodenburg, J. L. N. (1985). CO2-laserchirurgie van leukoplakie van het mondslijmvlies. [S.l.]: [S.n.].

Uw mening over gaswinning uit het Groningen-gasveld: Onderzoeksresultaten fase 2 Hoekstra, Elisabeth; Perlaviciute, Goda; Steg, Emmalina

The importance of tactical skills in talent development Kannekens, Rianne

Understanding the role of health literacy in self-management and health behaviors among older adults Geboers, Bas

Citation for published version (APA): Weide, M. G. (1995). Effectief basisonderwijs voor allochtone leerlingen Groningen: s.n.

University of Groningen

The development of stable influenza vaccine powder formulations for new needle-free dosage forms Amorij, Jean-Pierre

University of Groningen. Positron emission tomography in urologic oncology Jong, Igle Jan de

Cryosurgery in cervical intraepithelial neoplasia. A morphometric study Boonstra, Hendrik

The diversity puzzle Mäs, Michael

University of Groningen. Stormy clouds in seventh heaven Meijer, Judith Linda

Today's talented youth field hockey players, the stars of tomorrow? Gemser, Marije

Knowledge, chance, and change Kooi, Barteld

Man of vrouw? Een onderzoek naar sekseverschillen in reacties op chronische aandoeningen Roeke, M.

Citation for published version (APA): Tijdschrift voor Genderstudies (2018). Jaarrekening Stichting Tijdschrift voor Vrouwenstudies.

Galacto-oligosaccharide synthesis using immobilized β-galactosidase Benjamins, Frédéric

University of Groningen. Living with Rheumatoid Arthritis Benka, Jozef

Citation for published version (APA): Crane, L. M. A. (2011). Intraoperative fluorescence imaging in cancer Groningen: s.n.

Effective monitoring and control with intelligent products Meyer, Gerben Gerald

Opvoeding op school en in het gezin. Onderzoek naar de samenhang tussen opvoeding en de houding van jongeren ten opzichte van sociale grenzen

University of Groningen. BNP and NT-proBNP in heart failure Hogenhuis, Jochem

Citation for published version (APA): van der Ploeg, J. (1997). Instrumental variable estimation and group-asymptotics Groningen: s.n.

University of Groningen. Quantitative CT myocardial perfusion Pelgrim, Gert

Development and description of controlled release formulations for use in powder detergents Hartman Kok, Paul Jean Antoine

The infant motor profile Heineman, Kirsten Roselien

Citation for published version (APA): Hendriks, H. G. D. (2004). Transfusion requirements in orthotopic liver transplantation Groningen: s.n.

Citation for published version (APA): Scheepstra, A. J. M. (1998). Leerlingen met Downs syndroom in de basisschool Groningen: s.n.

The role of camp-dependent protein kinase A in bile canalicular plasma membrane biogenesis in hepatocytes Wojtal, Kacper Andrze

Verbindingskracht & combinatievermogen de Vries ev Delies, Jantina Jantje

University of Groningen. Dwaallichten, struikeltochten, tolwegen en zangsporen Roodbol, Pieternella

University of Groningen. Enabling knowledge sharing Smit - Bakker, Marloes

University of Groningen. Photochromic molecular switches Robertus, Jort

University of Groningen. Safe and Sound van den Bosch, Kirsten Anna-Marie

Citation for published version (APA): Holwerda, A. (2013). Work outcome in young adults with disabilities Groningen: s.n.

University of Groningen. Risk factors for injury in talented soccer and tennis players van der Sluis, Alien

University of Groningen

Citation for published version (APA): Kondratyuk, S. (2000). Dressing the nucleon causally Groningen: s.n.

University of Groningen. Paula voor goud Piersma, Theun. Published in: Vogels+

Monolayer and thin film behaviour of stereoregular poly(methacrylates) Brinkhuis, Richard Hendrikus Gerrit

Lamotrigine in bipolar depression Loos, Marcus Lambertus Maria van der

Understanding the role of health literacy in self-management and health behaviors among older adults Geboers, Bas

Citation for published version (APA): Oldenziel, W. H. (2006). Application of a glutamate microsensor to brain tissue. s.n.

De primaire frozen shoulder Stenvers, Jan Derek

University of Groningen. Re-integratie volgens plan Faber, Karin Andrea

University of Groningen. De emergentie en evolutie van drie werelden de Vries, André

Citation for published version (APA): Egberink, I. J-A. L. (2010). Applications of item response theory to non-cognitive data Groningen: s.n.

Helping infants and toddlers in Foster family care van Andel, Hans

The etiology of functional somatic symptoms in adolescents Janssens, Karin

Infrastructure investment in Indonesia Mustajab, M.

Uw mening over gaswinning uit het Groningen-gasveld: Onderzoeksresultaten fase 1 Hoekstra, Elisabeth; Perlaviciute, Goda; Steg, Emmalina

University of Groningen. Embryogenesis and neogenesis of the endocrine pancreas Gangaram-Panday, Shanti Tireshma

Psychopathologische en klinische aspecten van de psychogene psychose van Dijk, Wybe Kuno

University of Groningen. Symptoms of Distress and Imbalance in Children Nijboer, J.M.

Sphingolipids, rafts and multidrug resistance Hinrichs, Joann Wilhelm Jakob

Citation for published version (APA): Sarkova, M. (2010). Psychological well-being and self-esteem in Slovak adolescents. Groningen: s.n.

Citation for published version (APA): Droogh, J. (2014). Interhospital transport of the critically ill patient: Focus on the journey [S.l.]: [S.n.

University of Groningen. Structured diabetes care in general practice Fokkens, Sudara Andrea

Transcriptie:

University of Groningen Carbon dioxide removal processes by alkanolamines in aqueous organic solvents Hamborg, Espen Steinseth IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 2011 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Hamborg, E. S. (2011). Carbon dioxide removal processes by alkanolamines in aqueous organic solvents s.n. Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date: 23-10-2017

Samenvatting Het verwijderen van zure gassen, zoals koolstofdioxide (CO 2 ), waterstofsulfide (H 2 S), zwaveldioxide (SO 2 ), carbonylsulfide (COS), koolstofdisulfide (CS 2 ) en mercaptanen uit aardgas, waterstofgas en andere gasstromen, wordt sinds 1930 via absorptie toegepast. [1, 2] De basis van dit proces, waarbij het zure gas in een waterige oplossing met een (alkanol)amine wordt geabsorbeerd, is in 1930 gepatenteerd door Bottoms [3]. De fundamentele beginsels van dit proces zijn vergelijkbaar met het huidige proces gebruikt voor de verwijdering van zure gassen; het onbehandelde gas wordt in de bodem van de absorptiekolom ingevoerd, waar het bij omgevingstemperatuur in contact wordt gebracht met de absorptievloeistof. In de absorptiekolom stroomt de vloeistof van de top naar beneden waar het de opstijgende CO 2 absorbeert via een chemische reactie. Hierna verlaat de verzadigde vloeistof de kolom via de bodem. Het behandelde gas, dat de top van de kolom verlaat, kan voor verschillende doeleinden worden gebruikt of geëmitteerd worden naar de omgeving. De verzadigde vloeistof wordt in een warmtewisselaar verwarmd, voordat de vloeistof naar de top van de regeneratiekolom wordt geleid. De (alkanol)amine wordt in de regeneratiekolom verder verwarmd met stoom tot 100 a 120 C waar het zure gas uit de vloeistof wordt gestript en samen met gevormd waterdamp de kolom in de top verlaat. Aanwezig waterdamp wordt in de condensor boven de kolom gecondenseerd, zodat een zuiver zuur gas wordt geproduceerd voor geologische sequestratie of andere toepassingen. De geregenereerde absorptievloeistof wordt naar de top van de absorptiekolom gestuurd via de warmtewisselaar en een koeler om omgevingstemperatuur te bereiken. Het bovengenoemde proces wordt sinds 1930 gebruikt voor de verwijdering van zure gassen uit middel hoge druk tot hoge druk gasstromen om een gewenste (markt) gassamenstelling van de behandelde stroom te verkrijgen. De behandelde gasstroom kan in een ander proces worden gebruikt of kan, in het geval van aardgas, worden toegepast voor de productie van energie. Het verwijderde zure gas wordt gebruikt voor andere (commerciële) doeleinden, geëmitteerd, of opgeslagen als vast afval. Een voorbeeld van commercieel gebruik van een verwijderd zuur gas is het gebruik van CO 2, verwijderd uit aardgas, voor verbeterde olie-extractie. CO 2 wordt in dit scenario gebruikt om de druk in het oliereservoir te behouden voor langdurige ruwe olie-extractie. [1] Door het verhoogde bewustzijn rond de gevolgen van CO 2 emissies naar de atmosfeer, heeft het verwijderen van CO 2 uit lage druk gasstromen de laatste jaren meer aandacht gekregen. [4] Het concept van het verwijderen van CO 2 uit lage druk gasstromen, d.w.z. rookgassen, werd voor het eerst rond 1990 geëvalueerd. [5,6] Dit geldt specifiek voor het verwijderen van CO 2 uit rookgassen van energiecentrales waar fossiele brandstoffen worden verbrand. Triethanolamine (TEA) was de eerste commercieel beschikbare alkanolamine en werd als absorptievloeistof in de eerste zure gas behandelingsinstallaties gebruikt. Vanwege de lage capaciteit, reactiviteit en slechte stabiliteit is TEA grotendeels vervangen xi

door monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), methyldiethanolamine (MDEA), diisopropanolamine (DIPA), en piperazine (PZ), mede als gevolg van commerciële belangen. Industriële processen zijn in het verleden met succes ontwikkeld waarbij de absorptievloeistof gebaseerd is op (mengsels van) bovengenoemde (alkanol)amines. [1] In het huidige werk zijn experimenten uitgevoerd om fundamentele kennis te ontwikkelen en te begrijpen betreffende; (1) een CO 2 verwijderingsproces dat gebaseerd is op alkanolamines opgelost in waterige organische vloeistoffen, en (2) gas-vloeistof desorptieprocessen. De zuurconstanten van geprotoneerd 2-amino-2-ethyl-1,3-propaandiol (AEPD), 2-amino-2- methyl-1-propanol (AMP), diethylmonoethanolamine (DEMEA), DIPA, dimethylmonoethanolamine (DMMEA), MDEA, MEA, 1-amino-2-propanol (MIPA), methylmonoethanolamine (MMEA), TEA, de eerste en tweede zuurconstant van PZ en hydroxyethylpiperazine (HEPZ), de tweede zuurconstante van β-alanine, taurine, sarcosine, 6-aminohexaanzuur, DL-methionine, glycine, L-phenylalanine, L-proline en de derde zuurconstante van L-glutaminezuur en L- asparaginezuur zijn bepaald door elektromotorische kracht metingen van 293 tot 353 K. De zuurconstanten van geprotoneerd triethylamine (TREA) zijn met dezelfde techniek van 293 tot 333 K bepaald. De zuurconstanten van geprotoneerd MEA en MDEA zijn bovendien in methanol-water, ethanol-water en t-butanol-water mengsels met dezelfde techniek bepaald. Alcohol molfracties variëren tussen 0.2 en 0.95 en temperaturen variëren van 283 tot 323 K, 283 tot 333 K en 298.15 K betreffende de verschillende oplosmiddelen. De experimenteel bepaalde resultaten, tezamen met thermodynamische eigenschappen onder standaardomstandigheden, zijn gerapporteerd en vergeleken met beschikbare waarden uit de literatuur. De bovengenoemde zuurconstanten en thermodynamische eigenschappen geven informatie over het gebruik van deze componenten en absorptievloeistoffen voor het verwijderen van zure gassen. Stofoverdrachtscoëfficiënten in de vloeistoffase zijn experimenteel bepaald in een gecontroleerde omgeving in een geroerde batch reactor bij verschillende procescondities voor absorptie- en desorptieprocessen. Bij dezelfde procescondities zijn de stofoverdrachtscoëfficiënten voor absorptie- en desorptieprocessen gelijk binnen de gerapporteerde experimentele onzekerheid. De stofoverdrachtscoëfficiënten voor desorptieprocessen zijn, net zoals stofoverdrachtscoëfficiënten voor absorptieprocessen, afhankelijk van de fysisch-chemische en dynamische eigenschappen van het systeem, en zijn aldus via de Sherwood, Reynolds en Schmidt kentallen gerelateerd. Stofoverdrachtscoëfficiënten voor desorptieprocessen kunnen verder, op dezelfde manier als stofoverdrachtscoëfficiënten voor absorptieprocessen, met de welbekende film theorie, penetratie theorie, surface renewal theorie, enzovoorts worden beschreven. Chemische versnellingsfactoren zijn experimenteel bepaald in een gecontroleerde omgeving in een geroerde batch reactor voor absorptie- en desorptieprocessen in waterige 2.0 M MDEA oplossingen bij temperaturen van 298.15, 313.15, en 333.15 K en CO 2 beladingsgraden van 0 tot 0.8. Bij dezelfde operationele omstandigheden zijn de chemische versnellingsfactoren voor absorptie- en desorptieprocessen gelijk binnen de gerapporteerde experimentele onzekerheid. Reactiesnelheidsconstanten zijn experimenteel bepaald voor CO 2 absorptie- en desorptieprocessen in waterige 2.0 M MDEA oplossingen bij temperaturen van 298.15, 313.15, en 333.15 K en CO 2 beladingsgraden van 0 tot 0.8. De bepaalde reactiesnelheidsconstanten zijn gebaseerd op resultaten van experimenteel werk in een gecontroleerde omgeving in een geroerde batch reactor. Binnen toegepaste experimentele condities wordt aangetoond dat; (1) de waarden van de reactiesnelheidsconstanten voor absorptie- en desorptieprocessen, berekend door een analytische vergelijking die op de Higbie penetratie theorie gebaseerd is, binnen 25 % nauwkeurigheid liggen van de waarden numeriek berekend via een systeem van partiële differentiaalvergelijkingen die op de Higbie penetratie theorie gebaseerd is. De analytische vergelijkingen zijn gebaseerd op reversibele eindige reacties in oplossingen met verschillende CO 2 beladingsgraden en diffusiviteiten, en (2) de orde van de absorptiereactie in oplossingen met verschillende CO 2 beladingsgraden is bijna een, en in overeenstemming met het voorgestelde

reactiemechanisme. Arrhenius vergelijkingen, ontwikkeld voor reactiesnelheidsconstanten voor absorptieprocessen, zijn gemodificeerd om de reactiesnelheidsconstanten voor desorptieprocessen voldoende te kunnen beschrijven. Deze types van vergelijkingen vormden zo een instrument voor de correlatie en de voorspelling van reactiesnelheidsconstanten voor engineering doeleinden. De experimenteel bepaalde reactiesnelheidsconstanten voor absorptie- en desorptieprocessen houden verband met temperatuurafhankelijke chemische evenwichtsconstanten. Op basis van bovengenoemde resultaten zijn procesconcepten, gebaseerd op alkanolamines opgelost in waterige organische vloeistoffen, in de Procede Process Simulator geëvalueerd. MDEA, methanol en ethanol zijn uitgekozen als respectievelijk de alkanolamine en organische vloeistoffen, en enkele additionele experimentele waarden van CO 2 gas-vloeistof evenwichten in 3kmol m 3 MDEA in methanol-water en ethanol-water mengsels zijn bepaald. De beschikbare experimentele waarden zijn in de Procede Process Simulator geïmplementeerd, welke gebruikt is voor simulaties van CO 2 verwijderingsprocessen gebaseerd op 90 % CO 2 verwijdering uit rookgassen van een 827 MWe kolencentrale. 3 kmol m 3 MDEA in waterige methanol mengsels is als absorptievloeistof beschouwd voor een conceptstudie. De simulatieresultaten tonen een maximale vermindering aan in het energieverbruik van de reboiler van ongeveer 7.5 % bij methanolfracties van ongeveer 0.06 vergeleken met alkanolamines in zuiver water, en afnemende temperaturen in de regenerator bij toenemende methanolfracties. Extra experimentele resultaten zijn echter nog benodigd om CO 2 verwijderingsprocessen, gebaseerd op alkanolamines opgelost in waterige organische vloeistoffen, nauwkeuriger te simuleren.