Surrogate model for carbon dioxide equilibrium absorption using aqueous Monoethanolamine (MEA)

Abstract

En este estudio, un modelo sustituto describe el equilibrio vapor-líquido de CO2 en un gas de combustión o biogás y una solución acuosa de alcanolamina, con precisión, monoetanolamina (MEA). Un modelo sustituto es un método de ingeniería utilizado cuando un resultado no se puede determinar fácilmente, por lo tanto, se utiliza un modelo del resultado. La mayoría de los problemas de diseño de ingeniería requieren experimentos y/o simulaciones para evaluar el objetivo de diseño y las funciones de restricción en función de las variables de diseño. Los datos de equilibrio vapor-líquido se simulan utilizando el software OLI® que es adecuado para trabajar con soluciones de electrolitos. El sistema está hecho de una gran cantidad de compuestos y reacciones químicas que se implementan fácilmente en OLI®. El objetivo del estudio es determinar la distribución de CO2 entre las fases líquida y gaseosa. Por lo tanto, un modelo sustituto se ajusta a los resultados de la simulación. Las principales variables que afectan la absorción de dióxido de carbono son el tipo de absorbente químico, las concentraciones y la temperatura de funcionamiento. El modelo sustituto resultante se evalúa críticamente para verificar su capacidad de reproducir satisfactoriamente el sistema vapor-líquido MEA-CO2-H2O. El modelo obtenido, junto con los balances de masa, es útil para diseñar columnas de absorción que simplifiquen sus resoluciones.

In this study, a surrogate model that describes the vapour-liquid equilibrium of CO2 in a flue gas or biogas and an aqueous alkanolamine solution precisely, e.g. monoethanolamine (MEA), is adjusted. A surrogate model is an engineering method used when an outcome cannot be easily determined, hence a model of the outcome is used instead. Most engineering design problems require experiments and/or simulations to evaluate design objective and constraint functions as function of design variables. The vapour-liquid equilibrium data is simulated using the software OLI® which is suitable to work with electrolyte solutions. The system is made of a large number of compounds and chemical reactions which are readily implemented in OLI®. The aim of the study is to determine the distribution of CO2 between the liquid and the gas phases. Therefore, a surrogate model is adjusted to the simulation results. The main variables affecting the carbon dioxide absorption are the type of chemical absorbent, concentrations and the operating temperature. The resulting surrogate model is critically evaluated to check its ability to reproduce satisfactorily the vapour-liquid MEA-CO2-H2O system. The model obtained, together with the mass balances, is useful to design absorption columns simplifying its resolutions.