Carbon Dioxide Liquefaction: Impact of non-condensable impurities on liquefaction systems

Abstract

Behovet for karbonfangstprosjekter er voksende, og med det trenger fasilitetene for karbonfangst, flytendegjøring og transport trenger også fremskritt. Denne studien undersøker virkningen av nitrogen- og hydrogengass i en CO2 strøm, og hvordan det påvirker tre forskjellige flytendegjøringssystemer. Aspen HYSYS V12 ble brukt til å simulere en lukket sløyfe, en åpen sløyfe og et flytendegjøringssystem som kombinerer de to prinsippene. Hvert system ble optimalisert ved hjelp av en PSO, uten hensyn til praktiske begrensninger, for å utforske det egentlige potensialet til hvert system. Resultatene indikerer at et fullstendig åpent-sløyfe-flytgjøringssystem er ineffektivt. Et lukket åpent-sløyfe-flytgjøringssystem med ammoniakk som kjølemiddel, viste seg å være det mest effektive generelt, mens en hybridløsning som benytter både en lukket sløyfe og en åpen sløyfe i fellesskap var sammenlignbart effektiv for store mengder hydrogengass i CO2 strømmen.

Full-scale carbon capture projects are emerging, and the facilities for carbon capture, liquefaction, and transport need to grow. This study investigates the impact of nitrogen and hydrogen gas in a liquefaction stream, and how it effects three different liquefaction systems. Aspen HYSYS V12 to simulate one closed loop, one open loop, and one liquefaction system combining the working principles of the two. Each system was optimized using a Particle Swarm Optimizer, without regards to industry standards, in order to explore the true capabilities of each system. The results indicate that a fully open loop liquefaction system is ineffective at liquefying CO2. A closed loop liquefaction system utilizing ammonia refrigerant proved to be the most effective overall, while a hybrid solution utilizing both a closed loop and an open loop in unison was comparatively effective for high amounts of hydrogen contaminants.