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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/31578| Type: | Dissertação |
| Title: | Assessment of temperature swing adsorption configurations for CO2 capture on zeolite 13X |
| Authors: | Ospino, Rafael Augusto Morales |
| Advisor: | Bastos Neto, Moisés |
| Co-advisor: | Azevedo, Diana Cristina Silva de |
| Keywords: | Engenharia química;Adsorção;Zeolitos;Zeolite 13X |
| Issue Date: | 2018 |
| Citation: | OSPINO, R. A. M. Assessment of temperature swing adsorption configurations for CO2 capture on zeolite 13X. 2018. 100 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018. |
| Abstract in Brazilian Portuguese: | Neste estudo, foram avaliadas duas configurações de Adsorção com Modulação na Temperatura (TSA) com o objetivo de avaliar sua eficácia na captura de CO2 no adsorvente comercial zeólita 13X dentro de um cenário de pós-combustão. Uma unidade de laboratório de leito fixo, com uma única coluna, foi empregada para obter curvas de ruptura experimentais (adsorção) e os perfis de depleção subsequentes (dessorção). Considerando uma corrente seca e dessulfurada de gases de combustão, as curvas de ruptura para CO2-N2 (15/75% v/v) em Hélio foram realizadas a 25, 50 e 75 °C. A etapa de dessorção foi realizada seguindo duas estratégias de regeneração de TSA: a primeira consiste em uma fase de purga seguida de uma fase de purga junto com aquecimento (configuração 1) e, a segunda, envolvendo apenas a fase de purga com aquecimento (configuração 2). Também foram obtidas isotermas de equilíbrio de adsorção para CO2 e N2 puros nas mesmas temperaturas dos testes dinâmicos, na faixa de 0 a 10 bar. Finalmente, uma formulação de modelo matemático considerando a modelagem das isotermas de equilíbrio e os balanços de fenômenos de transporte foi realizada para prever todo o perfil de adsorção-dessorção. Os resultados obtidos nas curvas de ruptura mostraram que a separação de CO2 em N2 na zeólita 13X é atingida pelo processo de adsorção nas condições estudadas com uma preferência significativa para o CO2. No que diz respeito à fase de dessorção, a configuração 1 pode não ser adequada para a integração das etapas de adsorção-dessorção, uma vez que apenas a fase de purga duplica o tempo da etapa de adsorção. Por outro lado, a configuração 2 é susceptível de sincronizar todo o processo de adsorção-dessorção, dado que o tempo de regeneração foi significativamente reduzido por esta estratégia. No entanto, a configuração 1 conseguiu obter uma recuperação total do CO2 previamente adsorvido, com todas as temperaturas testadas durante a etapa de aquecimento, enquanto a configuração 2, atingiu valores de recuperação em torno de 92%. Temperaturas moderadas (por exemplo, 125-150 °C) são sugeridas a serem usadas para a estratégia de regeneração da configuração 2 para assim evitar altos custos de energia na fase de aquecimento. As simulações foram capazes de reproduzir bem as curvas de ruptura experimentais; no entanto, para os perfis de dessorção, observaram-se algumas discrepâncias. |
| Abstract: | In this study, two configurations of Temperature Swing Adsorption (TSA) were assessed with the aim of evaluating their efficacy on CO2 capture on commercial adsorbent zeolite 13X within a post-combustion scenario. A Fixed Bed Laboratory Unit (FBU) with a single column was employed to obtain experimentally breakthrough curves (adsorption) and the subsequent depletion profiles (desorption). Considering a dry desulfurized flue gas stream, breakthrough curves for CO2-N2 (15/75 % v/v) in Helium were performed at 25, 50 and 75 °C. The desorption step was accomplished following two TSA regeneration strategies: a two phase desorption arrangement (configuration 1) consisting of a purging phase and then a heating-purging phase, and a one phase desorption arrangement (configuration 2) involving only the heating-purging phase. Adsorption equilibrium isotherms were also obtained for pure CO2 and N2 on zeolite 13X at the same temperatures of the dynamic tests in the range of 0-10 bar. Finally, a mathematical model formulation, considering isotherm modeling and transport phenomena balances, was performed to predict the whole adsorption-desorption profile. The results obtained on breakthrough curves showed that CO2 separation from N2 on zeolite 13X is accomplished by adsorption under the studied conditions with a meaningful preference on CO2. In regard with the desorption phase, configuration 1 may not be proper for an integration of adsorption-desorption steps once only the purge phase duplicates the time of the adsorption stage. On the other hand, configuration 2 is likely to synchronize the whole adsorption –desorption process since the regeneration time was significantly reduced by this strategy. However, configuration 1 managed to obtain full CO2 recovery with all the temperatures tested during the heating step, whereas configuration 2 reached recovery values around 92 %. Moderate temperatures (e.g. 125-150 °C) are encouraged to be used for configuration 2 regeneration strategy to avoid energy penalties. Simulations were able to reproduce well the experimental breakthrough curves, however for the desorption profiles, some discrepancies were observed. |
| URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/31578 |
| Appears in Collections: | DEQ - Dissertações defendidas na UFC |
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