Absorption and Desorption Processes for C02 Capture usmg Membrane Contactors

กระบวนการดูดกลืนและคายกลับของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยกระบวนการเมมแบรนคอนแทคเตอร์

Name: Sakarin Khaisri

Name: สาครินทร์ ไขศรี

keyword: Absorption CO2 capture

Abstract: This thesis studied the absorption and desorption process for C02 (Carbon dioxide) capture using a membrane contactor. Three different membranes, including polytetrafluoroethylene (PTFE), polypropylene (PP), and polyvinylidene fluoride (PVDF), were used to test the performance of a GAM (gas absorption membrane) system in both physical and chemical absorption studies. In the physical absorption experiments, pure CO2 and de-ionized water were used in the GAM system. A Wilson plot was used to determine the membrane resistance. From the results, the PVDF membrane had a higher C02 flux than the PP membrane and the highest membrane resistance. In the chemical absorption experiments, a simulated flue gas stream (15% CO2 and 85% air) was treated with monoethanolamine (MEA) solutions. Experimental results showed that the C02 absorption performance can be ranked as PTFE > PVDF > PP. While the PTFE membrane had the best performance in the GAM system, the PVDF membrane is an alternative membrane that could be used. The stability of PTFE and PVDF membranes was tested continuously over 60 hours of operation. The PTFE membranes maintained their absorption performance, while the PVDF membranes did not maintain their absorption performance over the operating time. A mathematical model was developed to simulate the concentration profile in a GAM system. Carbon dioxide absorption into an aqueous solution of monoethanolamine was investigated in the GAM system. Three GAM modules were potted with PTFE membranes and connected in series to measure C02 concentration and CO2 loading profiles along the length of the GAM system. The model predictions for CO2 concentration and CO2 loading profiles along the length of GAM column were in excellent agreement with the experimental results. The average absolute deviation between the model and experimental results was 1.49%. The Wilson plot method was used to determine the membrane resistance, which was compared with a theoretical membrane resistance. It was found that the membrane mass transfer resistance calculated using the Wilson plot method could predict the CO2 concentration profile with a higher accuracy than the theoretical method. Partial membrane wetting was modeled to investigate the effect of membrane mass transfer resistance on the absorption performance and the overall mass transfer coefficient. The results showed that an acceptable membrane wetting for CO2 absorption in MEA solutions in GAM systems was 40%. A higher lean solution temperature increased the membrane wetting in the GAM system. The membrane mass transfer resistance in completely liquid filled membrane pores accounted for 92% of overall mass transfer resistance. Membrane contact or based CO2 stripping experiments were conducted using loaded CO2 monoethanolamine (MEA) solution as an absorbent while Nz gas was used as a stripping gas. A membrane module made from stainless steel was developed to test a variety of membrane cartridges. Polytetrafluoroethylene (PTFE) was used in this work due to its suitable properties such as high hydrophobicity and thermal stability. The effect of the operating variables investigated included gas and liquid velocities, MEA concentration, and temperature. The experimental results showed that the stripping gas velocity had a minor effect on the CO2 desorption flux while the liquid Velocity, operating temperature, and solution concentration could enhance mass transfer coefficient in the gas stripping membrane contactor. However, the overall mass transfer coefficient started to decrease at 5.0 kmol m-3 MEA solution. A high membrane porosity showed a superior desorption performance.

Abstract: วิทยานิพนธ์นี้ศึกษาการดูดกลืนและการคายกลับของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยใช้เมมแบรนคอน แทคเตอร์ได้ทำการทดสอบประสิทธิภาพโดยใช้แมมแบรน 3 ชนิดคือ polytetrafluoroethylene (PTFE), polypropylene (PP) ,และ polyvinylidene fluoride (PVDF) ได้ทำการทดลองทั้งกระบวนการ ดูดกลืนทางกายภาพ และกระบวนการดูดกลืนทางเคมีโดยใช้น้ำและ monoethanolamine เป็นสาร สารละลาย ตามลำดับ และใช้วิธี Wilson plot ในการประมาณค่าความต้านทานของแมมแบรนใน กระบวนการดูดกลืนทางกายภาพจากผลการทดลองพบว่า เมมแบรน PVDF มีค่าการถ่ายเทมวลสูง กว่าเมมแบรน PP และมีค่าความต้านทานการถ่ายเทมวลของเมมแบรนมากที่สุด ส่วนในกระบวนการ ดูดกลืนทางเคมี พบว่าค่าการดูดกลืนของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของเมมแบรน 3 ชนิดคือ PTFE> PVDF > PP เมมแบรนในส่วนของการทดลองเพื่อศึกษาการเปียกน้ำของเมมแบรนพบว่า PTFE เมมแบรนสามารถคงประสิทธิภาพค่าการดูดกลืนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง เป็นเวลา 60 ชั่วโมงของการทดลองแบบต่อเนื่อง ในขณะที่ PVDF เมมแบรนมีค่าการดูดกลืนที่ลดลง อย่างไรก็ตาม PVDF ยังคงเป็นตัวเลือกที่ดีในกระบวนการดูดกลืนในแมมแบรนคอนแทคเตอร์ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ในกระบวนการเมมแบรนคอนแทคเตอร์ได้ถูกพัฒนา เพื่อทำนายค่าความ เข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในสารละลายและในก๊าซผสม โดยใช้สารละลาย monoethanolamine เป็นสารดูดกลืนคาร์บอนไดออกไซด์และใช้เมมแบรน PTFE ซึ่งต่อแบบอนุกรมเพื่อทำการวัดค่าความ เข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในก๊าซผสมและในสารละลายตลอดความยาวของหอดูดกลืน ผลการ ทำนายจากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์พบว่าผลการทำนายมีความแม่นยำและใกล้เคียงกับผลการ ทดลอง โดยค่าความคลาดเคลื่อนแบบเฉลี่ยพบว่ามีค่า 1.49 % การใช้ค่าความต้านทานของเมมแบรน โดยวิธีการ Wilson plot ในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์พบว่า ให้ค่าการทำนายความเข้มข้นของ คาร์บอนไดออไซด์ที่แม่นยำมากกว่าการใช้ค่าความต้านทานของเมมแบรนด้วยวิธีการทางทฤษฎี จาก แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ยังพบว่าค่าการเปียกแบบบางส่วนของสารละลายที่สามารถยอมรับได้ใน กระบวนการเมมแบรนคอนแทคเตอร์นั้นไม่ควรเกิน 40 % ในส่วนของอุณหภูมของสารละลายต่อการ เปียกของเมมแบรนพบว่าที่อุณหภูมสูงอัตราการเปียกของเมมแบรนเพิ่มขึ้น ค่าความต้านทานการ ถ่ายเทมวลในเมมแบรนในกรณีที่เมมแบรนเปียกทั้งหมด พบว่ามี 92 % ของค่าความต้านทานรวม กระบวนการคายกลับของก๊ซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการเมมแบรนคอนแทคเตอร์ ได้ทำการ ทดลองใช้สารละลาย monoethanolamine และก๊าซไตโตรเจนเป็น stripping gas เมมแบรนที่ใช้ในการ ทดลองคือ PTFE เนื่องจากคุณสมบัติมีความเหมาะสมในการทดลอง เช่น ความไม่ชอบน้ำ และ สามารถใช้ได้ที่อุณหภูมิสูง การทดลองได้ศึกษาตัวแปรที่มีผลต่อค่า CO2 flux เช่นความเร็วของ สารละลาย และก๊าซไนโตรเจน, ความเข้มข้นของสารละลาย , และอุณหภูมิของสารละลาย ผลการ ทดลองพบว่า ค่าความเร็วของก๊าซมีผลต่อ CO2 flux น้อยมากในขณะที่ความเร็วของสารละลาย, อุณหภูมิ. และความเข้มข้นสูงขึ้น CO2 flux สูงขึ้นจากผลการทดลองยังพบว่าเมื่อความเข้มข้น ของสารละลาย monoethanolamine เพิ่มขึ้นถึง 5 kmol m-3 ค่า CO2 flux และ overall liquid phase mass transfer coefficient มีค่าลดลง และเมือใช้เมมแบรนที่มีค่าความพรุนสูงขึ้น พบว่ามีค่า CO2 flux ที่สูง กว่าเมมแบรนที่มีค่าความพรุนน้อยกว่า

King Mongkut's University of Technology Thonburi. KMUTT Library.

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Ratana Jiraratananon

Role: Advisor

Created: 2009

Modified: 2010-09-06

Issued: 2010-09-05

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: CHE2115

eng

DegreeName: Doctor of Engineering

Level: Doctoral Degree

Descipline: Mechanical Engineering

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

©copyrights King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	CHE2115.pdf	2.35 MB	101	2024-12-13 13:14:07
2	CHE2115ab.pdf	192.43 KB	27	2018-10-21 16:54:02

ใช้เวลา

0.030374 วินาที