Power-to-Gas Methanation of Carbon Dioxide

• Main Author: Attanapola, Manith Randula
• Format: Dissertation
• Language: English

Denne masteroppgaven analyserte om Power-to-gas metanisering av en direkte metaniserings prosess modell kan operere med lavere H2/CO2. Sensitivitet analysen og optimaliseringen ble delt i to deler, en for metaniserings enheten og en for polishing enheten og ble gjennomført på disse casestudiene med 3.0, 3.2, 3.5 og 3.8 H2/CO2 rater. Prosess modellen er modellert og evaluert i Aspen HYSYS V.10, og Hyprotech SQP optimizer verktøyet ble brukt for optimalisering. Sensitivitet analysen og optimaliserings resultatene for metaniserings enheten indikerte at høyere trykk, kjøle temperatur, og antall tuber i reaktorene ga gode forhold for Sabatier reaksjonen. Målet for optimaliseringen var å maksimere CH4 innholdet for de ulike casene. Resultatet fra optimaliseringen på casestudiene viste best mulige trykk, kjøle temperatur, og antall tuber i reaktorene til å være mellom 15-20 bar, 240 C og 2000-3000 for de ulike casestudiene. Dette ga en H2 omdannelse på 99.97%, 99.95%, 99.95%, og 99.92% for casestudiene 3.0, 3.2, 3.5 og 3.8. Sensitivitet analysen og optimaliserings resultatene polishing enheten indikerte at prosessen favoriserte høyt trykk inn til absorbering kolonnen. Mengde MDEA amine som var injisert inn i absorbering kolonnen var avhengig av CO2 mengden i strømmen. Høyere CO2 mengde i strømmen trengte en høyere MDEA amine molar rate. Casestudiene viste at en amine konsentrasjon mellom 40-45\% ga best absorbering evne av CO2 i kolonnen. Målet for optimaliseringen var å minimere mengden CO2 i produktet slik at det møter produkt restriksjonen med en maksimum CO2 mengde på 50 PPM, hvor optimalisering av 3.0, 3.2, og 3.5 oppnådde produkt spesifikasjonene. Optimalisering for H2/CO2 rate 3.8 ble det valgt verdier som oppnår produkt spesifikasjonene da optimaliseringen ble sluttet på grunn av Step Converging. Resultatene fra sensitivitet analysene og optimaliseringen indikerte at den direkte metaniserings prosess modellen kunne operere med lavere H2/CO2 verdier. En kostnads analyse ble gjennomført. Analysen viste de at ulike H2/CO2 casestudiene ga høye produksjonen kostnader per Sm^3, og indikerte at prosessen ikke var økonomisk lønnsomt sammenlignet med snitt prisen for LNG i 2022 and andre metan produksjon prosesser fra biogass. Kostnaden på H2 og separasjons kolonnen for vann utgjorde store deler av kostnadene, med en lavere markedskostnad for H2 kan gjøre direkte metanisering lønnsomt.