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Modeling and Comparative Analysis of CO2 Absorption Columns in Electrochemical and Thermochemical Carbon Capture Systems
Industrial & Engineering Chemistry Research ( IF 3.8 ) Pub Date : 2024-11-27 , DOI: 10.1021/acs.iecr.4c01523 Katelyn M. Ripley, Fikile R. Brushett
Industrial & Engineering Chemistry Research ( IF 3.8 ) Pub Date : 2024-11-27 , DOI: 10.1021/acs.iecr.4c01523 Katelyn M. Ripley, Fikile R. Brushett
Deployment of post-combustion carbon dioxide (CO2) capture technologies is needed to reduce emissions from power and industrial sources. Comparisons between existing thermochemical CO2 capture methods and emerging electrochemical concepts can help contextualize the promise of these new approaches. Here, we investigate the required absorber sizes for three capture systems: amine scrubbing using monoethanolamine (MEA), direct electrochemical (redox-active sorbent), and indirect electrochemical (pH swing). For the electrochemical systems, we study how column size varies as a function of molecular properties and operating conditions, finding that parameters most closely related to CO2 uptake rates (i.e., rate constants and pKa) have the greatest impact. Through a Monte Carlo analysis, we find that the direct process can be designed to have column sizes similar to the thermochemical process; however, the CO2 uptake rate in the indirect process is too slow to enable smaller columns. Broadly, this work connects system input parameters to absorber performance for electrochemical CO2 capture and provides a foundation for techno-economic and engineering analyses.
中文翻译:
电化学和热化学碳捕获系统中 CO2 吸收塔的建模和比较分析
需要部署燃烧后二氧化碳 (CO2) 捕获技术,以减少电力和工业源的排放。将现有的热化学 CO2 捕获方法与新兴的电化学概念进行比较,有助于了解这些新方法的前景。在这里,我们研究了三种捕获系统所需的吸收器尺寸:使用单乙醇胺 (MEA) 的胺洗涤、直接电化学(氧化还原活性吸附剂)和间接电化学(pH 波动)。对于电化学系统,我们研究了色谱柱尺寸如何随分子特性和操作条件而变化,发现与 CO2 吸收速率最密切相关的参数(即速率常数和 pKa)的影响最大。通过蒙特卡洛分析,我们发现直接工艺可以设计为具有与热化学工艺相似的色谱柱尺寸;然而,间接工艺中的 CO2 吸收速率太慢,无法实现更小的色谱柱。从广义上讲,这项工作将系统输入参数与电化学 CO2 捕获的吸收器性能联系起来,并为技术经济和工程分析提供了基础。
更新日期:2024-12-01
中文翻译:
电化学和热化学碳捕获系统中 CO2 吸收塔的建模和比较分析
需要部署燃烧后二氧化碳 (CO2) 捕获技术,以减少电力和工业源的排放。将现有的热化学 CO2 捕获方法与新兴的电化学概念进行比较,有助于了解这些新方法的前景。在这里,我们研究了三种捕获系统所需的吸收器尺寸:使用单乙醇胺 (MEA) 的胺洗涤、直接电化学(氧化还原活性吸附剂)和间接电化学(pH 波动)。对于电化学系统,我们研究了色谱柱尺寸如何随分子特性和操作条件而变化,发现与 CO2 吸收速率最密切相关的参数(即速率常数和 pKa)的影响最大。通过蒙特卡洛分析,我们发现直接工艺可以设计为具有与热化学工艺相似的色谱柱尺寸;然而,间接工艺中的 CO2 吸收速率太慢,无法实现更小的色谱柱。从广义上讲,这项工作将系统输入参数与电化学 CO2 捕获的吸收器性能联系起来,并为技术经济和工程分析提供了基础。