Process Concepts for Dehydration of Captured CO2

Abstract

I karbonfangst vil det veldig sjelden fanges helt ren CO2, og det vil typisk være noen urenheter i gasstrømmen, deriblant vann. Dette kan skape problemer for prosessutstyr og transport, og det er derfor ønskelig å senke konsentrasjonen av disse til akseptable nivåer.

Denne oppgaven tar for seg fem forskjellige prosesser for vannfjerning av allerede fanget CO2 fra forbrenningsreaksjoner, og tar utgangspunkt i CO2 som er fanget ved hjelp av aminvasking. Målet er å produsere et sluttprodukt som er av en slik sammensetning og under betingelser som gjør den egnet for tre forskjellige typer transport: Skipstransport i væskefase og rørtransport i ”tettfase” og som superkritisk fluid.

Tørkeprosessene som er vurdert i denne oppgaven er adsorbsjon ved bruk av molekylsiler, TEGabsorbsjon gjennom absorbsjonskolonne og membrankontaktor, samt trykk-temperatursving ved bruk av Joule Thomson-ventil og ved bruk av en turboekspander.

Fra resultatene av dette arbeidet anbefales membrankontaktor for dehydrering til skipstransport, siden den har lavest kapitalkostnant og driftskostnad. Molekylsiler og absorbsjonskolonner har tilstrekkelig vannfjerning og kan benyttes. Trykk-temperatursving klarer ikke å oppnå den ønskede vannkonsentrasjonen, og er derfor ikke anbefalt.

For rørtransport kan alle metodene benyttes som følge av litt friere krav til vannkonsentrasjon. Til transport i tettfase og superkritsk tisltand har TEG-absorpsjonsmetodene lavest kapitalog driftskostnad, og anbefales. Bruk av molekylsiler fører til litt høyere kostnader, og trykktemperatursving er det dyreste alternativet.

In carbon capture and storage, CO2 is rarely captured in a pure form. Depending on the choice of transport method, additional processing steps to remove impurities such as water are needed. This thesis has used a CO2 stream captured through amine scrubbing is used as a basis, and the goal is to dehydrate this stream and make it ready for transportation in three different states:

Transport of liquid by ship, dense phase transport by pipeline, and supercritical state transport by pipeline. This thesis will focus on five dehydration techniques that may be viable for this application; molecular sieves, TEG absorption by conventional absorption column and by membrane contactor, in addition to pressure-temperature swing, both with and without the use of a turbo-expander.

For transport of liquid CO2, TEG absorption with a membrane contactor is recommended as it has the lowest capital and operational cost. Dehydration with molecular sieves and by a dehydration column will also dehydrate the CO2 sufficiently for this transport. Pressure-temperature swing does not reach the desired water-concentration and is not recommended for this application.

For pipeline transport, it is allowed more water in the stream, and all tested methods produce sufficiently dry CO2 for this. For transport in dense phase and as supercritical fluid, both methods with TEG absorption are recommended, as these had the lowest costs. Molecular sieve adsorption is another viable option, but with higher costs. Pressure-temperature swing is the most expensive method to dehydrate the CO2 and is therefore not recommended.