A preliminary analysis of carbon dioxide absorption with potassium carbonate solution for biogas purification

The Carbonate Absorption Process which employs a concentrated potassium carbonate aqueous solution as a solvent is a method to capture 〖CO〗_2 from a gas stream. During this thesis work the experimental apparatus was installed and tested for the first time. The main part of experimental equipment is a glass packed column with rasching rings. The project is focused on investigating the liquid temperature effect, the liquid flow rate effect and the potassium carbonate concentration in the absorption process. The gas flow rate and the 〖CO〗_2 concentration were kept constant. Finally, because of the slow rate of 〖CO〗_2 absorption into a potassium carbonate solution, a promoter was used (piperazine). We will conduct an initial screening study using the lab scale packed column. Five different experimental campaigns were conducted: at ambient temperature with 20 wt% potassium carbonate, at 40 °C with the same concentration, at 40 °C with 30 wt% of carbonate concentration, at 70 °C with 20 wt% and finally with the piperazine promoter. As determined by testing of 〖CO〗_2 absorption in packed bed column, the use of piperazine promoter increased the rate of 〖CO〗_2 removal into potassium carbonate solution. The experimental results were compared with simulation campaigns, developed with AspenPlus® software: the Electrolyte Nonrandom Two Liquid (NRTL) model within Aspen Plus v8.4 was used to simulate the liquid phase and the Redlich Kwong equation of state was used to described the gas phase.

Questo lavoro di tesi riguarda l’ assorbimento chimico tramite una colonna di assorbimento in vetro a letto impaccato con anelli rasching che lavora a pressione atmosferica, di anidride carbonica con soluzioni di carbonato di potassio e, in un secondo momento, di piperazina e carbonato di potassio (si usa la piperazina come promotore). Il progetto comprende una parte sperimentale ed una parte di simulazione, sviluppata con il software AspenPlus®. Per modellare la fase liquida si è scelto il modello ELECNRTL (electrolyte NRTL model) e l’ equazione di stato RK (Redlich Kwong) per la modellazione della fase gassosa. La parte sperimentale consiste nella valutazione dell’ effetto di alcuni parametri sul processo: la portata della fase liquida, la temperatura della soluzione e infine la concentrazione della soluzione. I risultati ottenuti sperimentalmente sono, inoltre, stai confrontati con quelli forniti da Aspen Plus®. Per quanto riguarda la soluzione con piperazine e carbonato di potassio, tramite il modello sviluppato ad hoc è possibile quantificare in maniera precisa la fase liquida dopo il passaggio di quest’ ultima in colonna. È quindi stato possibile verificare l’ effettiva capacità della piperazine di promuovere l’assorbimento di anidride carbonica.