CO2 absorpsiyon performansını iyileştirmek için ileri çözücü sistemlerinin optimizasyonu ve enerji verimli co2 yakalama için katalitik çözücü rejenerasyonunun araştırılması
Optimisation of advanced solvent systems to improve co2 absorption performance and investigation of catalytic solvent regeneration for energy-efficient CO2 capture
- Tez No: 866675
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜLYA YAVUZ ERSAN, DOÇ. DR. ÖZGE YÜKSEL ORHAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 111
Özet
CO2 yüklü çözücü rejenerasyonunun önemli enerji talebi, CO2 yakalama ve kullanma teknolojilerinin endüstriyel uygulamaları için önemli bir ekonomik zorluk oluşturmaktadır. Sulu olmayan üç çözücü bileşenli karışımlı amin sistemleri, monoetanolamin (MEA), 2-amino-2-metil-1-propanol (AMP), metil dietanol amin (MDEA), 1-dimetil amino-2-propanol (1DMA2P), dietil etanol amin (DEEA) ve piperazin (PZ)'in CO2 absorpsiyon-desorpsiyon performansları, desorpsiyon parametreleri açısından araştırılmıştır. Farklı molaritelere sahip 5M toplam amin konsantrasyonlarında primer amin (MEA)/sterik olarak engellenmiş amin (AMP)-tersiyer amin (MDEA/1DMA2P/DEEA)–poliamin (PZ) olmak üzere iki üç çözücü bileşenli karışımlı amin sistemleri varyasyonları hazırlanmıştır. Optimum koşulu elde etmek için merkezi kompozit tasarıma (CCD) dayalı yanıt yüzeyi metodolojisi (RSM) kullanılmıştır. Bu çalışmanın ilk kısmı, seçilen çözücü sistemleri içerisinden en optimum çözücü sistemin molarite oranlarını belirlemeyi ve bunların amaç fonksiyonları üzerindeki etkilerini araştırmayı amaçlamıştır. Bu amaç fonksiyonları: ısı yükü, desorpsiyon hızı ve desorpsiyon faktörüdür. Yapılan yüzey analizi ve diğer sonuçlar, en düşük enerji tüketimi için 3 M MEA–1.375 M MDEA–0.625 M PZ sistemini en optimum koşul olarak önermiştir. Önerilen sistemin deneysel sonuçları 5M MEA çözeltisi ile karşılaştırılmıştır. Nanokatalizörler, çözücü rejenerasyonu için enerji taleplerini azaltırken CO2 desorpsiyonunu iyileştirme yeteneğine sahiptir. Bu çalışmanın ikinci bölümü, seçilen en optimum sulu olmayan üç karışımlı nanosıvıların (monoetanolamin (MEA), metil dietanol amin (MDEA) ve piperazin (PZ)) varlığında absorpsiyon-desorpsiyon performansını incelemeye odaklanmaktadır. Kullanılan nanokatalizörler, metal oksit nanokatalizörler ve zeolit nanokatalizörler olarak iki farklı grupta değerlendirilmiştir ve çalışmada farklı miktarlarda katalizör kullanılmıştır. Kullanılan katalizörler: HZSM-5, H-ferrierit (FER) ve H-mordenit (MOR), γ-alüminyum oksit (Al2O3), titanyum oksit (TiO2), magnezyum oksit (MgO), indiyum oksit (In2O3). Katı katalizörlerin dahil edilmesi, nanosıvıların desorpsiyon performansında önemli bir artışa yol açmıştır ve boş solüsyona kıyasla enerji tüketimini azaltmıştır. Yüksek miktarda katalizör kullanımına kıyasla, daha düşük katalizör miktarlarının varlığı ile daha yüksek desorpsiyon verimliliği sağlanmıştır. 0,125 g katalizör varlığında CO2 desorpsiyon ısı yükü performans azaltma sırası boş solüsyona (%100) kıyasla şu şekildedir: MgO (%70,9) > In2O3 (%80,2) > HZSM-5 (%84,1) > Al2O3 (%84,2) > FER (%87,1) > MOR (%88,4) > TiO2 (%89.7). HZSM-5 ile en yüksek desorpsiyon faktörü 4,25*10-7 mol3/kJ.dk olarak elde edilirken, desorpsiyon oranını 2,37*10-3 mol/dk'ya çıkarmıştır. Bu çalışmanın ikinci kısmında elde edilen verilere göre, sulu olmayan nanosıvıların enerji verimli katalizörlerle desorpsiyon performansını inceleyerek ve geleceği parlak sonuçlar sağlayarak, karbon yakalama ve depolama uygulamaları için enerji verimliliğini artıran umut verici olan bu katalizörlerin potansiyelleri vurgulanmıştır.
Özet (Çeviri)
The substantial energy demand of CO2-loaded solvent regeneration constitutes a significant economic challenge for the industrial applications of CO2 capture and utilization technologies. The CO2 absorption-desorption performances of non-aqueous tri-solvent blended amines, monoethanolamine (MEA), 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP), methyl diethanol amine (MDEA), 1-dimethyl amino-2-propanol (1DMA2P), diethyl ethanol amine (DEEA), and piperazine (PZ), were investigated in terms of desorption parameters. Two tri-solvent amine combinations, primary amine (MEA)/sterically hindered amine (AMP)–tertiary amine (MDEA/1DMA2P/DEEA)-polyamine (PZ) were prepared at 5M total amine concentrations with different molarities. Response surface methodology (RSM) based on a central composite design (CCD) was used to obtain the optimal condition. This study's first part aimed to determine the molarity ratios of solvent systems and investigate their effects on objective functions: heat duty, desorption rate, and desorption factor. Surface analysis suggested optimum conditions as 3 M MEA–1.375 M MDEA–0.625 M PZ for the lowest energy consumption. The experimental results of the proposed system were compared with the 5M MEA solution. The nano-catalysts have the capability to improve CO2 desorption while reducing the energy demands for solvent regeneration. The second part of this study focuses on studying the absorption-desorption performance the selected most optimum non-aqueous tri-blend nanofluids (monoethanolamine (MEA), methyl diethanol amine (MDEA) and piperazine (PZ)) in the presence of nanocatalyst. The nanocatalysts used were examined in two different groups as metal oxide nanocatalysts and zeolite nanocatalysts, and different amounts of catalysts were used in the study. The catalysts used are HZSM-5, H-ferrierite (FER), H-mordenite (MOR), γ-aluminium-oxide (Al2O3), titanium-oxide (TiO2), magnesium-oxide (MgO), indium-oxide (In2O3). The incorporation of solid catalysts leads to a substantial enhancement in desorption performance of nanofluids and reduced the energy consumption in comparison to blank test. Higher desorption efficiency occurred with the presence of lower catalyst amounts. The sequence of CO2 desorption heat duty performance reduction with 0.125 g catalyst, was as follows: MgO (70.9%) > In2O3 (80.2%) > HZSM-5 (84.1%) > Al2O3 (84.2%) > FER (87.1%) > MOR (88.4%) > TiO2 (74%), relative to blank test (100%). HZSM-5 exhibited the highest desorption factor as 4.25*10-7 mol3/kJmin while increasing desorption rate to 2.37*10-3 mol/min. This study provides the desorption performance of non-aqueous nanofluids with energy-efficient catalysts, highlighting their potential as promising materials for carbon capture and storage applications with improved energy efficiency.
Benzer Tezler
- Akridin esaslı boyaların ortak duyarlaştırıldığı güneş hücrelerinin fotovoltaik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of photovoltaic properties of solar cells sensitized by acridine-based dyes
MELİHA GİZEM BEKMEZ
- Investigations on the roles of surface states on BiVO4 photoanodes and CuBi2O4 photocathodes for photoelectrochemical water splitting
Fotoelektrokimyasal su bölme için BiVO4 fotoanotları ve CuBi2O4 fotokatotlarında yüzey durumlarının rolleri üzerine araştırmalar
EMRE USMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
EnerjiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SARP KAYA
- Plazmonik sensör uygulamaları için gözenekli anodik alümina kalıplar ve matrislerle nanoyapıların üretilmesi
Fabrication of nanostructures with porous anodic alumina templates and matrices for plasmonic sensor applications
HANDE ÇAVUŞ ARSLAN
Doktora
Türkçe
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM YUSUFOĞLU
DR. MUSTAFA ASLAN
- Absorbsiyonlu buhar sıkıştırmalı kaskad soğutma çevrimlerinin termodinamik ve termoekonomik analizi
Thermodynamic and thermoeconomic analysis of absorption vapour compression cascade refrigeration cycles
CANAN CİMŞİT
Doktora
Türkçe
2009
Makine MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLHAN TEKİN ÖZTÜRK
- g-C3N4 destekli bimetalik sülfür nanokompozitlerinin fotokatalitik H2 üretiminin incelenmesi
Investigation of photocatalytic H2 production of g-C3N4 supported bimetallic sulfide nanocomposites
SERPİL KİSBET