NH3-CO2-H20 system validation for experimental data for equilibrium and kinetic

The aim of this thesis work was, first, to make a bibliographical review of the experimental laboratory equipment used for the evaluation of kinetics and equilibrium. Regarding kinetics, an analysis was made of approaches, theories, including zwitterion mechanism and termolecular mechanism, and characteristics, according to which experiments were approached and the equipment used by the various authors. About equipment, four types were described and characterized as a summary for future analysis. In addition, a literature review was carried out on the mass transfer models used by the authors for the evaluation of reaction kinetics. Subsequently, a comparison was made between the experimental data of the ternary systems, consisting of ammonia-carbon dioxide-water, the ENRTL-RK and ELECNRTL models on the Aspen+ version 14 software, attempting to replicate and validate the experimental data in equilibrium situations. In this way, limits for salt formation were found and compared to models already tested in previous scientific productions, with earlier versions of the software. These models were replicated on absorption columns for the evaluation of carbon dioxide capture in a power plant with real data. The limits and possible combinations of the ternary system were researched and extrapolated from the experiments with respect to engineering and feasibility limits. The focus was on the absorption section using columns, in which high capture rates were sought as the main objective.

Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato, innanzitutto, di fare una revisione bibliografica degli apparati sperimentali di laboratorio, utilizzati per la valutazione della cinetica e dell’equilibrio. Per quanto riguarda la cinetica è stata fatta un’analisi su approcci, teorie, tra cui zwitterion mechanism e termolecular mechanism, caratteristiche secondo le quali gli esperimenti venivano affrontati e gli equipment utilizzati dai vari autori. Per quanto riguarda gli apparati, sono state descritte e caratterizzate quattro tipologie, come sommario per analisi future. Inoltre, è stata fatta una revisione bibliografica sui modelli di trasferimento di massa utilizzati dagli autori per la valutazione della cinetica di reazione. Successivamente è stato fatto un paragone tra i dati sperimentali dei sistemi ternari composti da ammoniaca-anidride carbonica-acqua e i modelli ENRTL-RK e ELECNRTL sul software Aspen+ versione 14, cercando di replicare e validare i dati sperimentali in situazioni di equilibrio. In questo modo sono stati trovati i limiti per la formazione di sali e paragonati a modelli già testati in precedenti produzioni scientifiche con versioni precedenti del software. Tali modelli sono stati replicati su colonne di assorbimento per la valutazione della cattura dell’anidride carbonica di un impianto di produzione di potenza con dati reali. Sono stati ricercati i limiti e le possibili combinazioni del sistema ternario, estrapolati dagli esperimenti nel rispetto dei limiti ingegneristici e di fattibilità. Ci si è voluti concentrare sulla sezione di assorbimento con l’utilizzo di colonne, nelle quali si è cercato di ottenere, come obiettivo principale, alti tassi di cattura.