Thermodynamic study of CO2 capture with AMP-NMP solvent

The pressing need to mitigate industrial CO₂ emissions has driven research into advanced carbon capture technologies. This thesis focuses on developing and validating a robust thermodynamic model for a promising non-aqueous, precipitating solvent system composed of 2-Amino-2-methyl-1-propanol (AMP) in N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP). An accurate model is crucial for reliable process simulation, enabling the design and optimization of capture plants while minimizing reliance on expensive pilot-scale testing. The work was conducted using Aspen Plus® V11, employing the Electrolyte NRTL (ENRTL-RK) property package. The modeling process began by critically assessing and collating existing thermodynamic parameters from literature. An initial evaluation against experimental data for Vapor-Liquid Equilibrium (VLE) and heat of absorption revealed significant discrepancies, particularly in predicting the system's enthalpy. To address this, an integrated regression of new NRTL binary interaction parameters for the AMP-NMP pair was performed, using both VLE and heat of absorption data to improve the model's predictive accuracy. The refined model was subsequently implemented in a full, closed-loop process simulation to evaluate its performance. This thesis delivers a refined and more rigorously validated thermodynamic framework for the complex, precipitating CO₂-AMP-NMP system. The findings provide a foundational tool for future process optimization, techno-economic analysis, and the continued development of this advanced solvent technology.

La necessità impellente di mitigare le emissioni industriali di CO₂ ha favorito la ricerca di tecnologie avanzate per la cattura del carbonio. Questa tesi si concentra sullo sviluppo e la validazione di un robusto modello termodinamico per un promettente sistema solvente non acquoso e precipitante, composto da 2-Ammino-2-metil-1-propanolo (AMP) in N-Metil-2-pirrolidone (NMP). Un modello accurato è fondamentale per una simulazione di processo affidabile, consentendo la progettazione e l'ottimizzazione degli impianti di cattura e riducendo al contempo la dipendenza da costosi test su scala pilota. Il lavoro è stato condotto utilizzando Aspen Plus® V11, impiegando il pacchetto di proprietà Electrolyte NRTL (ENRTL-RK). Il processo di modellazione è iniziato con la valutazione critica e la raccolta dei parametri termodinamici esistenti in letteratura. Una valutazione iniziale rispetto ai dati sperimentali di Equilibrio Liquido-Vapore (VLE) e calore di assorbimento ha rivelato discrepanze significative, in particolare nella previsione dell'entalpia del sistema. Per risolvere questo problema, è stata eseguita una regressione integrata di nuovi parametri di interazione binaria NRTL per la coppia AMP-NMP, utilizzando sia dati di VLE che di calore di assorbimento per migliorare l'accuratezza predittiva del modello. Il modello perfezionato è stato quindi implementato in una simulazione di processo completa a ciclo chiuso per valutarne le prestazioni. Questa tesi fornisce con successo un framework termodinamico perfezionato e validato in modo più rigoroso per il complesso sistema precipitante CO₂-AMP-NMP. I risultati costituiscono uno strumento fondamentale per la futura ottimizzazione del processo, l'analisi tecnico-economica e lo sviluppo continuo di questa tecnologia di solventi avanzata.