Document
CO2 capture using amino acid based systems.
Identifier
Abdullatif, Alaa Haider Amin (2019). CO2 capture using amino acid based systems (Master dissertation, Sultan Qaboos University, Oman).)
Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2019
Language
English
Subject
English abstract
Conventional amine-based solvents currently used for CO2 capture processes are liable for some operational, environmental and economic issues. The need for developing better and more environmentally friendly solvents has attracted the
attention of many research groups on a global level.
In this work, two new solvents are proposed and evaluated for potential use as CO2 capture solvents. The first solvent is an equimolar Diethanolamine (DEA) and Sarcosine (SAR) aqueous solution and the second solvent is an equimolar
Triethanolamine (TEA) and Sarcosine aqueous solution. Both aqueous systems were prepared at four different mass concentrations (2.5, 5, 7.5, and 10 wt%) of DEA-SAR or TEA-SAR. Physical properties including density (which is needed for the CO2 loading calculation), viscosity and refractive index (RI) for DEA-SAR and TEA-SAR aqueous solutions were measured for all the compositions at different temperatures (303.15, 313.15, and 333.15 K). The physical properties results for the two systems
showed that density increased by increasing the concentration and decreased by increasing the temperature. The viscosity results showed that viscosity increases with concentration and decreases with increasing the temperature.
CO2 loading (defined as moles of CO2 absorbed per mole solvent) for the proposed two systems was experimentally measured in a solubility cell apparatus at different pressures (4, 8, 12, and 16 bar), different temperatures (303.15, 313.15, and
333.15 K) and different mass concentrations (2.5, 5, 7.5 and 10 wt%). The parameters for the conducted experiments were optimized using Design Expert software to select the recommended parameters for each experiment and the number of experiments to be conducted. The experimental results showed that CO2 solubility increases when the concentration and temperature decrease. Moreover, the CO2 solubility increased with increasing the pressure. Similar observations were reported in literature for different amine-amino acid systems.
The CO2 loading for the DEA-SAR system ranged from a minimum of 0.29 mole CO2/mole solvent at (333.15 K, 4.095 bar and 10 wt% DEA-SAR) to a maximum loading of 3.37 mole CO2/mole solvent at (313.15 K, 15.95 bar and 2.5 wt% DEA- SAR). However, for the TEA-SAR system, the CO2 loading ranged from a minimum of 0.2 mole CO2/mole solvent at (333.15 K, 4.062 bar and 10 wt% DEA-SAR) to a maximum loading of 3.22 mole CO2/mole solvent at (313.15 K, 16.054 bar and 2.5 wt% DEA-SAR).
To evaluate the effect of adding Sarcosine, a comparison between DEA-SAR aqueous solutions and DEA aqueous solutions was conducted at similar temperatures, pressures and compositions. It was observed that adding Sarcosine enhanced the CO2 loading in DEA-SAR by 23.7% over the DEA aqueous solution. Similar comparison was done between TEA-SAR aqueous solution and TEA aqueous solution which demonstrated that adding sarcosine increased the CO2 loading capacity of TEA-SAR by 15.3 % over TEA aqueous solution. In addition, a comparison between the two amine-amino acid salt systems DEA-SAR & TEA-SAR was done at the same conditions. The results showed that the (DEA-SAR) aqueous solution has better CO2 loading than TEA-SAR system.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
التقاط غاز ثاني أكسيد الكربون باستخدام محاليل تحتوي أحماض أمينية المحاليل التقليدية المعتمدة على الأمين المستخدمة حاليا في عمليات التقاط ثاني أكسيد الكربون تسببت في بعض المشاكل التشغيلية، والبيئية، والاقتصادية. وقد أدت الحاجة إلى محاليل مطورة، وصديقة للبيئة إلى جذب اهتمام الجماعات البحثية على مستوى العالم.
في هذا العمل تم اقتراح، وتقييم مذيبين جديدين للاستخدام المحتمل في التقاط ثاني أكسيد الكربون. المذيب الأول هو محلول ۲- ايثانول الأمين مع الساركوسين (متساويان المولية)، والمذيب الثاني هو محلول ٣-ايثانول الأمين مع الساركسين (متساويان المولية). حضرت أربعة تراكيز وزنية لكل من المذيبين وهذه التراكيز الوزنية هي (۲٫۵، و ه، و ۷٫5، و ۱۰ وحدة وزنية). تم حساب بعض الخواص الفيزيائية مثل الكثافة المستخدمة في حساب امتصاصية ,CO)، واللزوجة، ومعامل الانكسار لكل من محاليل DEA-SAR و TEA - SAR . أظهرت نتائج الخواص الفيزيائية للنظامين أن الكثافة تزيد بزيادة التركيز، ونقل بزيادة درجة الحرارة. كما أوضحت نتائج اللزوجة، أن اللزوجة تزيد بزيادة التركيز وتقل بزيادة درجة الحرارة.
تم اجراء تجارب مخبرية لحساب امتصاصية غاز ثاني أكسيد الكربون المعرفة بعدد مولات c02 الممتصة لكل مول من المذيب) للأنظمة المقترحة بواسطة جهاز الخلية الذوبانية عند ضغط مختلف (4، و۸، و ۱۲، و16 بار)، ودرجات حرارة مختلفة (۳۰۳٫۱۰، و ۳۱۳٫۱۵، و ۳۳۳٫۱۵ كلفن)، وتراكيز وزنية مختلفة (۲٫5، و ه، و ۷٫5، و ۱۰ وحدة وزنية). تم استخدام برنامج Design Expert لتحسين المعاملات التجارب المجرية، واختيار المعاملات المقترحة لكل تجربة، وعدد التجارب اللازمة للإجراء. وقد أظهرت نتائج التجارب أن امتصاصية CO2 تزداد بنقصان التركيز، والحرارة. علاوة على ذلك امتصاصية CO2 تزداد بزيادة الضغط. تم عرض ملاحظات مماثلة في مقالات أدبية تناولت أنظمة مختلفة لأمينات- الأحماض الأمينية.
تراوحت امتصاصية .co المحلول DEA -SAR بين القيم التالية: أقلاها ۰٫۲۹ مول من co2/ مول من المذيب عند ( ۳۳۳, ۱۰ كلفن، و 4 , 095 بار، و ۱۰% من DEA -SAR ) وأعلاها ۳٫۳۷ مول من co2 / مول من المذيب عند (۳۱۳٫۱۰ كلفن، و 15, 95 بار، و ۲٫5% من DEA-SAR ). إضافة إلى ذلك تراوحت امتصاصية CO2 لمحلول TEA -SAR بي القيمتين: أدناها ۰٫۲ مول من co2 مول من المذيب عند ( ۳۳۳ , ۱۰ كلفن، و 4 , 06۲ بار، و ۱۰% من TEA -
SAR )، وأعلاها ۳٫۲۲ مول من co2 / مول من المذيب عند (۳۱۳٫۱۰ كلفن، و 16 , 054 بار، و ۲٫5% من TEA- SAR ). التقييم أثر إضافة الساركوسين، تم عمل مقارنة بين محلولي DEA- SAR و DEA عند درجات حرارة، وضغط، وتراكيز مماثلة. وقد لوحظ أن إضافة الساركوسين قد حسنت من امتصاصية ال DEA- SAR الثاني أكسيد الكربون بنسبة ۲۳٫۷% على محلول DEA. تم إجراء مقارنة مماثلة بين محلولي TEA- SAR وTEA وشوهد أن إضافة الساركوسين عزز من امتصاصية ثاني أكسيد الكربون بواسطة TEA-SAR بنسبة % ۱۰ , ۳ على TEA - SAR . إضافة إلى ذلك تم إجراء مقارنة بين النظامين DEA- SAR و TEA-SAR عند ظروف مماثلة. وقد أظهرت النتائج أن محلول DEA-SAR لديه امتصاصية أفضل لثاني أكسيد الكربون مقارنة بمحلول TEA- SAR .
في هذا العمل تم اقتراح، وتقييم مذيبين جديدين للاستخدام المحتمل في التقاط ثاني أكسيد الكربون. المذيب الأول هو محلول ۲- ايثانول الأمين مع الساركوسين (متساويان المولية)، والمذيب الثاني هو محلول ٣-ايثانول الأمين مع الساركسين (متساويان المولية). حضرت أربعة تراكيز وزنية لكل من المذيبين وهذه التراكيز الوزنية هي (۲٫۵، و ه، و ۷٫5، و ۱۰ وحدة وزنية). تم حساب بعض الخواص الفيزيائية مثل الكثافة المستخدمة في حساب امتصاصية ,CO)، واللزوجة، ومعامل الانكسار لكل من محاليل DEA-SAR و TEA - SAR . أظهرت نتائج الخواص الفيزيائية للنظامين أن الكثافة تزيد بزيادة التركيز، ونقل بزيادة درجة الحرارة. كما أوضحت نتائج اللزوجة، أن اللزوجة تزيد بزيادة التركيز وتقل بزيادة درجة الحرارة.
تم اجراء تجارب مخبرية لحساب امتصاصية غاز ثاني أكسيد الكربون المعرفة بعدد مولات c02 الممتصة لكل مول من المذيب) للأنظمة المقترحة بواسطة جهاز الخلية الذوبانية عند ضغط مختلف (4، و۸، و ۱۲، و16 بار)، ودرجات حرارة مختلفة (۳۰۳٫۱۰، و ۳۱۳٫۱۵، و ۳۳۳٫۱۵ كلفن)، وتراكيز وزنية مختلفة (۲٫5، و ه، و ۷٫5، و ۱۰ وحدة وزنية). تم استخدام برنامج Design Expert لتحسين المعاملات التجارب المجرية، واختيار المعاملات المقترحة لكل تجربة، وعدد التجارب اللازمة للإجراء. وقد أظهرت نتائج التجارب أن امتصاصية CO2 تزداد بنقصان التركيز، والحرارة. علاوة على ذلك امتصاصية CO2 تزداد بزيادة الضغط. تم عرض ملاحظات مماثلة في مقالات أدبية تناولت أنظمة مختلفة لأمينات- الأحماض الأمينية.
تراوحت امتصاصية .co المحلول DEA -SAR بين القيم التالية: أقلاها ۰٫۲۹ مول من co2/ مول من المذيب عند ( ۳۳۳, ۱۰ كلفن، و 4 , 095 بار، و ۱۰% من DEA -SAR ) وأعلاها ۳٫۳۷ مول من co2 / مول من المذيب عند (۳۱۳٫۱۰ كلفن، و 15, 95 بار، و ۲٫5% من DEA-SAR ). إضافة إلى ذلك تراوحت امتصاصية CO2 لمحلول TEA -SAR بي القيمتين: أدناها ۰٫۲ مول من co2 مول من المذيب عند ( ۳۳۳ , ۱۰ كلفن، و 4 , 06۲ بار، و ۱۰% من TEA -
SAR )، وأعلاها ۳٫۲۲ مول من co2 / مول من المذيب عند (۳۱۳٫۱۰ كلفن، و 16 , 054 بار، و ۲٫5% من TEA- SAR ). التقييم أثر إضافة الساركوسين، تم عمل مقارنة بين محلولي DEA- SAR و DEA عند درجات حرارة، وضغط، وتراكيز مماثلة. وقد لوحظ أن إضافة الساركوسين قد حسنت من امتصاصية ال DEA- SAR الثاني أكسيد الكربون بنسبة ۲۳٫۷% على محلول DEA. تم إجراء مقارنة مماثلة بين محلولي TEA- SAR وTEA وشوهد أن إضافة الساركوسين عزز من امتصاصية ثاني أكسيد الكربون بواسطة TEA-SAR بنسبة % ۱۰ , ۳ على TEA - SAR . إضافة إلى ذلك تم إجراء مقارنة بين النظامين DEA- SAR و TEA-SAR عند ظروف مماثلة. وقد أظهرت النتائج أن محلول DEA-SAR لديه امتصاصية أفضل لثاني أكسيد الكربون مقارنة بمحلول TEA- SAR .
Category
Theses and Dissertations