Bruk av molekylmodellering i jakten på nye absorbenter Optimal utnyttelse av naturgass, 23 april 2003 Eirik Falck da Silva Energi For Fremtiden NTNU/NFR Kjemisk prosessteknologi
Kjemisk absorpsjon Ubehandlet gass inn Ren gass ut Sur gass (dvs med CO 2 ) Absorber T 1, P 1 Ren absorbent Absorbent + CO 2 Regenerator T 2, P 2 CO 2
Problemer med vanlige absorbenter Energiforbruk ved regenering Lav reaksjonshastighet som medfører større og dyrere apparatur Amintap og degradering
Modelleringsverktøy Ab initio molekyl modellering +Modeller for solvatisering Simulering Monte Carlo/Molekyldynamikk Modeller for aktivitet Ingen av disse modellene kan brukes “blindt”. Anvendelighet og pålitelighet for gitt oppgave må verifiseres!
Reaksjon mellom CO 2 og MEA
Sentrale kjemiske reaksjoner Basekatalysert bikarbonatdannelse Karbamatdannelse
Blandinger av forskjellige absorbenter er rapportert å gi høy ytelse Det blir hevdet at ytelsen er høyere enn man kunne forvente ut ifra betraktninger om likevektskjemi. En forklaringsmodell som blir trukket inn er den såkalte ”shuttle”- mekanismen
Sentrale egenskaper for absorbenter vi ønsker å modellere: pK a (T,c) K c (T,c) Andre fysiske egenskaper
Beregning av base styrke
pK a estimering ved 60 C på grunnlag av entropiberegninger
Kan anta lineær relasjon mellom reaksjonsenergi og aktiveringsenergi Karbamatstabilitet Samme modelleringsproblem som for base stabilitet, men svært få eksperimentelle data er tilgjengelige
Status God forståelse av reaksjonsmekanismer Basestabilitet og karbamatstabilitet kan beregnes med brukbar presisjon God estimering av temperatureffekter
Framtidig arbeid Nye modellerer for solvatiseringseffekter Arbeid med aktivitetskoeffisienter Degraderingsreaksjoner kan studeres Andre fenomener som diffusjon og skumming kan også studeres ved hjelp av molekylmodellering