Karbon dioksit tutan organik sıvılarda (CO2BOL) farklı alkol kullanımının karbon dioksit tutma performansına etkisi
The effect of different alcohols on carbon dioxide capture performance of carbon dioxide binding organic liquids (CO2BOL)
Yazar: AYÇA ŞEKER
Danışman: PROF. DR. ERDOĞAN ALPER
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Bölümü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Yükselen enerji ihtiyacıyla birlikte fosil yakıtlara olan bağlılığın artmasıyla, yanma sonucu oluşan sera gazlarını minimize etmek için etkili CO2 yakalama sistemlerinin geliştirilmesi bir ihtiyaç olmuştur. CO2 yakalamada alkanolamin sistemleri yaygın olarak kullanılsa da bu sistemlerin düşük CO2 yükleme kapasiteleri, çözeltilerin sıyırma sırasında ihtiyaç duyduğu yüksek enerji ve ekipman korozyonuna yol açmaları alternatif CO2 yakalama sistemlerine olan ihtiyacı arttırmıştır. Son yıllarda geliştirilen CO2 tutan organik sıvılar (CO2-TOS?lar) alkanolamin sistemlerinin yerini alabilecek umut verici CO2 yakalama sistemleridir. Bu tez çalışmasında, CO2-TOS?ların bir bileşeni olan alkollerin türleri değiştirilerek bu sistemlerde farklı alkol kullanımının CO2 yükleme kapasitesine, başlangıç absorpsiyon hızına ve çözelti tekrarlanabilirlik performansına etkisi incelenmiştir. Bu kapsamda, farklı zincir uzunluklarına sahip birincil alkoller, dallanmış alkoller ve dioller kullanılmıştır. Aynı zamanda, bu sistemlerin bir diğer bileşeni olan baz grupları değiştirilmiş ve bir amidin bazı 1,8-diazabisiklo[5.4.0]undec-7-en (DBU) ile bir guanidin bazı 1,1,3,3-tetrametilguanidin?in (TMG) CO2 absorplama performansına etkisi incelenmiştir.
CO2-TOS sistemlerinin CO2 yükleme sonrası sıyırma işlemi 90 oC?de gerçekleştirilmiş ve böylece amin sistemlerine oranla daha az enerji ihtiyacı olacağı belirlenmiştir. Bu sistemlerde dallanmış alkol kullanımın CO2 yükleme kapasitesini arttırdığı bulunmuştur. Birincil alkollerde zincir uzunluğu kısaldıkça kapasite değişmezken başlangıç absorpsiyon hızı artmıştır. Diollerin absorpsiyon kapasiteleri ve hızları diğer alkol sistemlere oranla az olmuş; fakat yüksek kaynama noktalarına sahip olmaları sıyırma sırasında olabilecek çözelti kayıplarını minimize etmiştir. DBU bazı kullanılan sistemlerde kapasite TMG?ye göre az olsa da başlangıç absorpsiyon hızları fazla olmuştur. DBU bazlı sistemlerin yanma sonrası CO2 ayırma, TMG bazlı sistemlerin yanma öncesi CO2 ayırma için daha uygun olabileceği tespit edilmiştir. CO2-TOS sistemlerinin genel olarak 8-9 absorpsiyon-desorpsiyon döngüsüne kadar özelliklerini koruduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Karbon Dioksit Yakalama ve Depolama, DBU, TMG, CO2-
TOS, Başlangıç Absorpsiyon Hızı, CO2 Yükleme Kapasitesi, Alkol

Abstract:
With the increase in the energy demand, usage of fossil fuels expected to rise. Hence, efficient CO2 capture systems need to be developed to minimize the greenhouse gas emissions from fossil fuel combustion. Nowadays, alkanolamine systems are widely used however, low CO2 loading capacity, high energy requirement during the stripping of solutions and causing high corrosion to instruments escalated the demand of alternative CO2 capture systems. CO2 binding organic liquids (CO2BOLs) which were developed in recent years are promising CO2 capture systems. In this thesis work, one of the components of CO2BOLs namely alcohols? species were altered and the effect of different alcohol usage on the CO2 loading capacity, the initial absorption rate, and the reusability of solutions were investigated. In this scope, primary alcohols with different chain length, branched alcohols and diols were used. Also, another component of CO2BOLs, an amidine base 1,8-diazabisiklo[5.4.0]undec-7-en (DBU) and a guanidine base 1,1,3,3-tetramethlyguanidine (TMG) were used to investigate the base effect on absorption performance.
Stripping of CO2BOLs was performed at 90 oC after CO2 loading to the solutions. It was determined that these systems would require less energy than amine solution systems. Branched alcohol usage in the systems increased the CO2 loading capacity. As the chain length shortens in primary alcohols CO2 loading capacity remained constant whereas initial absorption rate of solutions increased. The absorption capacity and rates of diol systems were lower than the other alcohol systems; however, having high boiling point values of diols minimized the possible solvent loss during the stripping. It is concluded that TMG used systems have high capacity in comparison to DBU systems whereas initial absorption rate of DBU systems were higher than TMG systems. It is reported that DBU based systems are suitable for post-combustion capture where TMG based systems can be used for pre-combustion capture. In general, CO2BOL systems remained their functionalities up to 8-9 absorption-desorption cycle.


Keywords: Carbon Dioxide Capture and Storage, DBU, TMG, CO2-BOLs, Initial 
Absorption Rate, CO2 Loading Capacity, Alcohol