In this diploma work, the absorption of CO2 in different liquid solutions was studied by gas absorption in a randomly packed column. To characterize the absorption a few experiments with SO2 absorption were made.The report has resulted due to the large amounts of carbon dioxide released into the atmosphere, mainly from fossil-fired power plants. To reduce these emissions, carbon dioxide can be separated from flue gas by different techniques such as CO2 absorption with ammonia. The work consists of a theoretical and a laboratory part of measurements and calculations. In the experimental part a system of absorption and associated test equipment was constructed. Different liquid solutions of pure water, potassium carbonate solution and ammonia in various concentrations were used to catch carbon dioxide by countercurrent absorption. Also SO2 was absorbed in the potassium carbonate solution to determine the gas film constant. The absorption efficiency of CO2 ranged from a few percent in the experiment with water to up to 7% with potassium carbonate solution. The CO2 absorption of ammonia varied with concentration and gave a separation of between 12 and 94%. Ammonia tests were made at both 10 and 20 °C. In general, a higher CO2-capture at 20 °C was obtained as confirmed by theory. / I detta examensarbete har absorptionseffektivitet av CO2 hos olika vätskelösningar undersökts genom gasabsorption i en slumpmässigt packad kolonn. För att karakterisera absorptionen absorberades även SO2 i några experiment. Rapporten är utförd med anledning av de stora mängder koldioxid som släpps ut i atmosfären, främst från fossileldade kraftverk. För att minska dessa utsläpp kan koldioxiden avskiljas från rökgaserna genom olika tekniker t.ex. genom CO2-absorption med ammoniak. Arbetet består av en teoridel och en laborativ del med mätningar och beräkningar. I den experimentella delen konstruerades ett system med en absorptionskolonn och tillhörande mätutrustning. Olika vätskelösningar bestående av rent vatten, kaliumkarbonatlösning och ammoniak i olika koncentrationer användes till att ta upp koldioxid genom motströms absorption. Även SO2 absorberades i kaliumkarbonatlösning för att bestämma gasfilmkonstanten. Absorptionsgraden av CO2 varierade från några få procent i försöket med vatten upp till 7 % med kaliumkarbonatlösningen. CO2-absorptionen av ammoniak varierade med koncentrationen och gav en avskiljning på mellan 12 och 94 %. Ammoniakförsöken gjordes med både vid 10 och 20 °C. Generellt erhölls en bättre CO2-avskiljning vid 20°C, vilket bekräftas av teorin.

<p>In this diploma work, the absorption of CO₂in different liquid solutions was studied by gas absorption in a randomly packed column. To characterize the absorption a few experiments with SO₂ absorption were made.The report has resulted due to the large amounts of carbon dioxide released into the atmosphere, mainly from fossil-fired power plants. To reduce these emissions, carbon dioxide can be separated from flue gas by different techniques such as CO₂ absorption with ammonia. The work consists of a theoretical and a laboratory part of measurements and calculations. In the experimental part a system of absorption and associated test equipment was constructed. Different liquid solutions of pure water, potassium carbonate solution and ammonia in various concentrations were used to catch carbon dioxide by countercurrent absorption. Also SO₂ was absorbed in the potassium carbonate solution to determine the gas film constant. The absorption efficiency of CO₂ ranged from a few percent in the experiment with water to up to 7% with potassium carbonate solution. The CO₂ absorption of ammonia varied with concentration and gave a separation of between 12 and 94%. Ammonia tests were made at both 10 and 20 °C. In general, a higher CO₂-capture at 20 °C was obtained as confirmed by theory.</p> / <p>I detta examensarbete har absorptionseffektivitet av CO₂ hos olika vätskelösningar undersökts genom gasabsorption i en slumpmässigt packad kolonn. För att karakterisera absorptionen absorberades även SO₂ i några experiment.</p><p>Rapporten är utförd med anledning av de stora mängder koldioxid som släpps ut i atmosfären, främst från fossileldade kraftverk. För att minska dessa utsläpp kan koldioxiden avskiljas från rökgaserna genom olika tekniker t.ex. genom CO₂-absorption med ammoniak.</p><p>Arbetet består av en teoridel och en laborativ del med mätningar och beräkningar. I den experimentella delen konstruerades ett system med en absorptionskolonn och tillhörande mätutrustning. Olika vätskelösningar bestående av rent vatten, kaliumkarbonatlösning och ammoniak i olika koncentrationer användes till att ta upp koldioxid genom motströms absorption. Även SO₂ absorberades i kaliumkarbonatlösning för att bestämma gasfilmkonstanten. Absorptionsgraden av CO₂ varierade från några få procent i försöket med vatten upp till 7 % med kaliumkarbonatlösningen. CO₂-absorptionen av ammoniak varierade med koncentrationen och gav en avskiljning på mellan 12 och 94 %. Ammoniakförsöken gjordes med både vid 10 och 20 °C. Generellt erhölls en bättre CO₂-avskiljning vid 20°C, vilket bekräftas av teorin.</p>

Den stora oron för de ökade växthusutsläppen och klimatförändringas effekter har uppmuntrat utvecklingen av åtgärder för att motverka de negativa konsekvenserna. En av de tekniker som har uppmärksammats under de senaste decennierna är kolavskiljningstekniken. Men nuförtiden är kolavskiljning en teknik som är relaterad till höga kostnader där både kapital- och driftskostnaderna är höga. Därför utfördes i detta projekt ett försök att minska kostnaden genom att ersätta den absorptionspackade kolonnen med ett nytt kompakt system. I detta fall atomiserade det kompakta systemet lösningsmedlet till droppar för att öka massöverföringen av koldioxidabsorptionen. Syftet med detta projekt var att utföra en jämförande teknisk-ekonomisk utvärdering av den konventionella kemiska absorptionsprocessen med packade kolonner mot en process med ett kompakt system. En processmodell för den konventionella processen etablerades i Aspen Plus. Dessutom manipulerades den berikade lösningen i samma processmodell för att simulera den förbättrade absorptionen på grund av atomatiseringen av lösningsmedlet. Det resulterade i att implementeringen av det kompakta systemet kunde generera tekniska förbättringar som ett minskat användande av lösningsmedel och en lägre återkokningsbelastning i regenereringskolonnen. Det var dock ingen betydande minskning av den totala fångstkostnaden. I det här fallet var de främsta bidragande faktorerna till fångstkostnaden var kompressorkostnaden och det höga elpriset. Känslighetsanalysen visade dock i huvudsak att fångstkostnaden skulle kunna sänkas när elpriset är lägre. Man kan dra slutsatsen att kompakta system är en lovande teknik som skulle kunna bidra till utvecklingen av kolavskiljningstekniken. Framtida undersökningar av processdesignen krävs dock för att sänka fångstkostnaden ännu mer. / The great concern regarding the increased greenhouse emissions and the effects of the climate change has encouraged the development of solution in order to counteract the negative consequences. One of the technologies that has gained attention during the last decades has been the carbon capture technology. However, nowadays the carbon capture has been a technology that has been related to high capture costs where both capital and operational costs usually has been high. Therefore, in this project, an attempt was realized to reduce the capture cost by replacing the absorption packed column with a novel compact system. In this case, the compact system atomized the solvent into droplets in order to enhance the mass transfer of the carbon dioxide absorption. The aim of this project was to perform a comparative techno-economical evaluation of the conventional chemical absorption process with packed columns to a process with a compact system. A process model for the conventional process was established in Aspen Plus. Furthermore, the rich loading was varied in the same process model in order to simulate the enhanced absorption due to the atomization of the solvent. It resulted that the implementation of the compact system could generate technical benefits such as a reduced solvent utilization and a lower reboiler duty in the stripper column. However, there was no significant reduction regarding the total capture cost. In this case, the main contributors to the capture cost were the compressor cost and the high electricity price. Nevertheless, the sensitivity analysis showed principally that the capture cost could be reduced if the power required in the flue gas compressor can be reduced. It could be concluded that the compact system is a promising technology that could contribute to a further development of the carbon capture technology. However, future investigations regarding the process design are required in order reduce the capture cost even more.

This thesis explores the heat transfer characteristics of a packed bed thermal energy storage device through the development of a 3D model in COMSOL Multiphysics. The model is based on a laboratory-scale device consisting of an aluminum box filled with sand, which acts as the thermal storage medium. The medium is heated using two resistance heaters that are embedded into the sand. The heaters are raised to approximately 500°C during the experiment. Three thermocouples placed in the sand record the temperature during charging, thus generating a time-dependent temperature curve at three points. The model simulates this experimental system, and the resulting temperature distribution is compared to the experimental data to assess the model validity. To determine the temperature throughout the storage system at all times, the model solves the heat equation. The density and heat capacity of the sand are measured and added to the model. The model uses the effective medium technique to estimate the thermal conductivity of the sand. A secondary model is developed in Excel to calculate the effective thermal conductivity using twelve different correlations, and the results are compared. The Zehner-Bauer correlation with an added Damköhler radiation term predicted an effective thermal conductivity of 0.218 W/(m·K) at 25°C and 0.451 W/(m·K) at 500°C, with slightly exponential growth due to the influence of thermal radiation. When these values for conductivity are applied to the COMSOL model, there is strong agreement (average percent error &lt; 5%) with the experimental temperature distributions. A parametric study is performed, and shows that increasing grain size and emissivity could increase the thermal conductivity by making use of the exponential growth of thermal radiation. The model serves as a design and learning tool, and a starting point for improving the performance of the thermal energy storage system. / Detta examensarbete undersöker värmeöverföringsegenskaperna hos en termisk energilagringsenhet med packad bädd genom utveckling av en 3D-modell i COMSOL Multiphysics. Modellen är baserad på en enhet i laboratorieskala som består av en aluminiumlåda fylld med sand, som fungerar som det termiska lagringsmediet. Mediet värms upp med hjälp av två motståndsvärmare som är inbäddade i sanden. Värmeelementen höjs till ca 500°C under experimentet. Tre termoelement placerade i sanden registrerar temperaturen under laddningen och genererar på så sätt en tidsberoende temperaturkurva i tre punkter. Modellen simulerar detta experimentella system, och den resulterande temperaturfördelningen jämförs med experimentella data för att bedöma modellens giltighet. För att bestämma temperaturen i hela lagringssystemet vid alla tidpunkter löser modellen värmeekvationen. Sandens densitet och värmekapacitet mäts och läggs till i modellen. Modellen använder den effektiva mediumtekniken för att uppskatta sandens värmeledningsförmåga. En sekundär modell utvecklas i Excel för att beräkna den effektiva värmeledningsförmågan med hjälp av tolv olika korrelationer, och resultaten jämförs. Zehner-Bauer korrelationen med en tillagd Damköhler strålningsterm förutsade en effektiv värmeledningsförmåga på 0,218 W/(m·K) vid 25°C och 0,451 W/(m·K) vid 500°C, med en något exponentiell tillväxt på grund av påverkan från värmestrålning. När dessa värden för konduktivitet tillämpas på COMSOL-modellen finns det en stark överensstämmelse (genomsnittligt procentuellt fel &lt; 5%) med de experimentella temperaturfördelningarna. En parametrisk studie har utförts som visar att ökad kornstorlek ock emissivitet kan öka värmeledningsförmågan genom att utnyttja den exponentiella tillväxten av värmestrålning. Modellen fungerar som ett design- och inlärningsverktyg och som en utgångspunkt för att förbättra prestandan hos det termiska energilagringssystemet.