Multivariat analyse av CO2-absorbsjon ved bruk av ulike aminblandingsforhold

Abstract

Denne masteroppgaven er en samarbeidsoppgave mellom Universitet i Bergen og Technology Centre Mongstad (TCM). Hensikten med masteroppgaven er å opparbeide kunnskap til en metode som kan separere CO2 fra det fossile avfallet, røykgass, i olje- og gassnæringen. Metoden CO2-absorpsjon ble brukt, som er en metode hvor kjemisk reaksjon mellom et absorbentmiddel og CO2 oppstår. Absorbentmiddelet var væskeblandinger av aminene AMP og piperazin fortynnet i vann. Forsøkene ble utført ved bruk av fem ulike blandingsforhold gitt av TCM, som inneholdt 38-43% aminkonsentrasjon. Målet med masteroppgaven var å finne det mest ideelle blandingsforholdet i absorbentmiddelet, som kunne absorbere mest CO2. Forsøk ble gjennomført hvor mengden CO2 absorbert ble målt for hvert blandingsforhold. Et viktig delmål var å finne kjennetegn på når absorbentmiddelet nådde CO2-metningsgraden. Konklusjonene i denne masteroppgaven baseres på to responsm˚alinger, der den ene veier CO2-mengden og den andre måler CO2-konsentrasjonen. Det var stor korrelasjon mellom disse to responsene. Resultatene fra forsøkene med de fem blandingsforholdene ble fremstilt på ulike måter, hvor både den maksimale responsverdien og verdier ved bestemte tilsetningstider ble sammenlignet. Det ble laget PLS-modeller for å predikere responsverdiene der to infrarød (IR)-spektroskopi instrumenter ble brukt som variabler. Felles for alle fremstillingene var at det var liten forskjell mellom blandingsforholdene, og piperazin var mer signifikant enn AMP i blandingen. Blandingsforholdet middels/høy (AMP/piperazin), som kjennetegnes med at den har stor aminmengde, ble funnet til å være det mest ideelle. IR-spektroskopiene ble brukt som et estimat på når absorbentmiddelet når sitt metningspunkt. Basert på dette kan man benytte IR-målinger i fullskalaanlegget på TCM, i stedet for å gjøre to responsmålinger, som både er både tids- og ressursbesparende.

This Master Thesis is a collaboration between the University of Bergen and Technology Centre Mongstad (TCM). The purpose of this Master Thesis is to acquire knowledge of a method where CO2 can be separated from the flue gas in the oil and gas industry. CO2-absorption is a method where a chemical reaction occurs between an absorbent and CO2. The absorbent was a liquid mixture of the amines AMP and piperazine diluted in water. The experiments were executed by use of five different mixtures containing 38-43% amine concentration. The mixtures were given by TCM. The main goal with the Master Thesis was to find the most ideal mixture for the absorbent, where the most CO2 could be absorbed. Experiments were performed where the amount of absorbed CO2 was measured for each mixture. An important subgoal was to find characteristics for when the absorbent reached the CO2 saturation point. The conclusions in this Master Thesis are based on two outputs, one where the amount of CO2 is weighted and the other where the product’s CO2-concentration is measured. The two outputs were found to be correlated. The results from the experiments with the five different mixtures were visualised in different ways, comparing the maximum output and the output at different times-of-addition. In order to predict the output, PLS-models were created by use of two different IR-spectroscopy instruments as input variables. More or less no deviation was seen between the mixtures, and the piperazine was found to be more significant than AMP. The mixture mid/high (AMP/piperazine), characterised by its great amine content, was found to be the most ideal mixture. IR-spectroscopy was used as an estimate for when the absorbent reaches its saturation point. Hence, IR-measurements can be used in TCM’s full scale plant instead of performing two output measurements. It is both resourceand time saving to perform IR-measurements compared to making the two output measurements.