Process modelling for the separation of light gaseous hydrocarbons produced by iron-catalysed Fischer-Tropsch synthesis

Abstract

Fischer-Tropsch synthesis produces a various number of off-gases, which require several separation processes to separate. This work focuses mostly on the separation of CO2, as it is the most critical and complex.

The literature part focuses on comparing novel applications to more mature ones and it was found that deep eutectic solvents and hybrid membrane-absorption systems show a lot of promise towards commercializing. However, for the experimental part, already existing mature technologies had to be chosen, therefore amine absorption was picked, as it is widely used in flue gas applications.

The experimental part of the thesis covers all necessary separation processes and their operating conditions. A lot of experimenting in different operating conditions was done, and although amine absorption in literature tends to work better in higher pressures, as this raises the CO2 partial pressure, in this work atmospheric pressure performed the best. The experimental part compares the performance of MEA (monoethanolamine), MDEA (methyldiethanolamine) and potassium carbonate.

When studying the results, MDEA was found to have the best capture efficiency with the equilibrium model, with MEA following close by.

Fischer-Tropsch synteesi tuottaa monia eri poistokaasuja, joiden erotukseen vaaditaan useampia erotusvaiheita. Tämä työ keskittyy pääosin hiilidioksidin erotukseen, sillä se on vaikein ja kriittisin erotusvaihe.

Kirjallisuuskatsauksessa keskitytään vertailemaan uusia erotusmenetelmiä kypsiin menetelmiin. Kirjallisuuden perusteella voidaan todeta, että syväeutektiset liuokset ja yhdistelmä absorptiosta ja membraanierotuksesta ovat hyviä vaihtoehtoja, kun niiden kapasiteettia saadaan nostettua. Simulointiosiota varten tarvittiin jo olemassa oleva, kypsä vaihtoehto, joten amiiniabsorptio valikoitui, sillä sitä käytetään savukaasujen ja maakaasun puhdistuksessa.

Diplomityön simulointiosa kattaa kaikki erotusvaiheet ja niiden käyttöolosuhteet. Simulointeja ajettiin monissa eri olosuhteissa ja vaikka kirjallisuuden perusteella amiiniabsorptio toimii paremmin korkeammassa paineessa, kun hiilidioksidilla on korkeampi osapaine, työssä paremmin toimi ilmanpaine. Simulointiosiossa verrattiin MEA:n (monoetanoliamiini), MDEA:n (metyylidietanoliamiini) ja kaliumkarbonaatin erotustehokkuuksia.

Tuloksista käy ilmi, että MDEA:lla on paras erotustehokkuus tasapainomallilla simuloituna ja MEA:n tehokkuus seuraa lähellä perässä.