Evaluation of a Spray Tower Absorber for Carbon Capture from Heavy-Duty Vehicles

Sammanfattning

Detta arbete utvärderade en spraykolonn med monoetanolamin (MEA) för mobilt koldioxid infångning (MCC) från avgaser från tunga dieselfordon genom att utveckla en ”rate-based” Aspen Plus-modell och inkorporera den i en systemmodell representativ för en modul bakom förarhytten på en lastbil. Absorptionskolonnen emulerades med en RadFrac-enhet där fyllkropparna ändrades för att efterlikna spray-droppar. ELECNRTL-termodynamik och diskretisering av vätskefasens film användes. Simuleringarna omfattade 18 motordriftpunkter och riktade in sig på specifika energiförbrukningen i återkokaren (SRD) i nivåerna 4, 7 och 10 MJ/kg CO2. Över hela intervallet av operationspunkter ökade infångningsgraden medförhållandet mellan vätska och gas (L/G) och med avgasernas CO2-halt, men avkastningen avtog vid högre SRD och planade ut när filmbundna begränsningar dominerade. Högre avgasmassflöde reducerade infångningen vid givet SRD genom kortare uppehållstid. I många fall kunde modellen inte nå SRD under 5 MJ/kg CO2, eftersom låg uppfångning per rundtur krävde uppvärmning av stora flöden och ökade därmed energianvändningen. Givet en absorbervolym förenlig med MCC:s installationsutrymme gav spraykonfigurationen lägre infångning än en kolonn med packad bädd av samma volym, om än med försumbart tryckfall på gassidan. Under ett strikt antagande att endast spillvärme från motorn kunde användas motsvarande stationärt driftfall vid 1500 rpm och 120 °C var uppnådd infångning av CO2 måttlig (32–45 %), begränsad av tillgänglig termisk budget. Studien indikerade att metoden effektivt möjliggjorde sondering av drifttrender och systemavvägningar, men att viktiga begränsningar kvarstod: dropparnas dynamik och ytarea beror på flera faktorer som inte kunde kontrolleras i modellen. Modellen byggde på justerade massöverföringsfaktorer, vilket minskade den prediktiva säkerheten utanför kalibreringsintervallet. Slutsatsen var att enstegs spraykolonner sannolikt inte uppfyller krav på infångning och energi för fordonstillämpning utan flerstegslayouter, optimering av droppfältet och/eller regenerering under 100 °C (t.ex. vakuum). Rekommenderad framtida forskning omfattade validering mot oberoende pilotdata samt vidareutveckling mot detaljerade numeriska eller CFD-stödda modeller samdesignade med värmeintegrationsbegränsningar.