Koldioxidutsläpp (CO2) från energiproduktionsindustrin och transportsektorn globalt påverkar miljön negativt. Länder har enats om att minska utsläppen för att nå målet om en genomsnittlig temperaturökning på 1,5 °C till 2030. Trots detta förväntas de globala utsläppen av CO2 från fossila bränslen och industriella processer vara cirka 40 Gton per år fram till 2100. För att dra nytta av CO2-utsläppen och skapa värdefulla produkter med negativa utsläpp är mineralkarbonatisering en önskvärd process. Denna process innebär att CO2 och mineraler löses upp i en alkalisk lösning och bildar stabila produkter. Faktorer som partikelstorlek hos mineralerna och CO2-lösningshastigheten påverkar mineralkarbonatiseringens hastighet. Experiment utfördes med en batchreaktor från Paebbl AB och en matematisk modell utvecklades i Matlab. Resultaten jämfördes för olika partikelstorlekar i tre motståndsfall. Större partikelstorlek hos olivin visade sig öka tiden för total konvertering, oavsett motståndstyp. De modellerade motstånden beskrev inte tillräckligt processen och indikerade att alla tre motstånd har en samtidig och enhetlig effekt på olivinmineralisering, utöver eventuella begränsningar som föroreningar och biprodukter. Mineraliseringsexperiment med 20 μm partiklar under en timme gav 34,4% omvandling, medan 10 μm partiklar under två timmar gav 46,7% omvandling. En inledande undersökning av massöverföringsbegränsningar visade att CO2-lösningshastigheten inte är den begränsande faktorn, utan lägre omrörningshastigheter och beteendet hos (CO2 + olivin)-systemet behöver ytterligare studeras. Framtida forskning bör fokusera på att lösa dessa begränsningar. / Carbon dioxide (CO2) emissions from the energy production industry and the transportation sector globally negatively affect the environment. A prominent example is the interconnection of carbon with the greenhouse effect. Countries have agreed to mitigate their emissions and try to fulfill the target of 1.5 oC average temperature increase by 2030, but in order to do so the global emissions of CO2 from fossil fuels and industrial processes will still lead up to the astonishing amount of 40 Gtons of CO2 each year until 2100. It is apparent that processes that try to take advantage of the emitted CO2 creating valuable products with negative emissions are highly desired. One of these is mineral carbonation, where CO2 and minerals dissolve in an alkaline solution and form stable products. Many factors affect the rate at which mineral carbonation happens. The effect of the particle size of the mineral in the process will be investigated, along the CO2 dissolution rate through the overall gas-liquid mass transfer coefficient (kLa), in order to get a better understanding of the process. Experiments were conducted with a batch reactor provided by Paebbl AB and a mathematical model was developed in Matlab. The experimental and numerical results, in regards to the particle size, were then compared for the cases of three resistances. This model can be developed further for use in a continuous mineralization process. The results revealed that increasing the particle size of olivine leads to a significant increase in the time required for total conversion, irrespective of the resistance type. The modelled resistances were found to inadequately describe the process, suggesting a simultaneous and uniform effect of all three resistances on olivine mineralization, in addition to the effect of other possible limitations such as impurities and by-products. Mineralization experiments with 20μm particles and a duration of 1 hour led to 34.4% conversion, whereas experiments with 10μm particles and a duration of 2 hours resulted in 46.7% conversion. Finally, the initial investigation of the mass transfer limitations in a system of CO2 and water led to an average kLa coefficient of 191 h-1, suggesting that the CO2 dissolution rate is not the limiting factor. However, the impact of lower stirring rates remains unexplored due to the absence of appropriate instrumentation and the behaviour of the (CO2 + olivine) system should also be studied. Future research should aim to address these limitations.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-329190 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Altantzis, Ikaros |
| Publisher | KTH, Kemiteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-CBH-GRU ; 2023:153 |
Page generated in 0.0041 seconds