CO2-Abscheidung aus industriellen Abgasen – Evaluierung von Adsorbentien für die Anwendung im Festbett

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Adsorbentien zur Abtrennung von Kohlendioxid (CO2) aus einem Rauchgas untersucht. Zunächst werden Kriterien zur Beurteilung der Adsorptionseigenschaften verschiedener Adsorbentien formuliert. Anhand dieser Kriterien wird anschließend der Stand des Wissens in der Literatur über sechs wichtige Materialgruppen von Adsorbentien (Zeolithe, Aktivkohle, Metal-Organic-Frameworks, physisorbierte Amine auf oxidischen Stützstrukturen, kovalent gebundene Amine auf oxidischen Stützstrukturen und Alkalimetallverbindungen) zusammengefasst und die Adsorbensgruppen werden charakterisiert. Nachfolgend wird erklärt, welche Adsorbentien zur Untersuchung im Labor beschafft werden konnten. Diese Adsorbentien sind Zeolith 13X, Aktivkohle und Aktivkohle beladen mit 10 wt% Kaliumcarbonat (K2CO3). Die Adsorbentien werden im technischen Labor der Technischen Universität Wien im Festbettbetrieb unter Variation von Temperatur (25|70|140 °C), CO2-Partialdruck (0,02|0,05|0,1 bar) und Feuchtigkeit (trocken|feucht) untersucht. Anschließend werden die Ergebnisse präsentiert und auf Trends untersucht. Es kann keine klare Empfehlung für eines der Adsorbentien zur CO2-Abtrennung aus Rauchgas ausgesprochen werden.

Several adsorbents for carbon dioxide (CO2) capture from flue gas are investigated in this thesis. First, some criteria for characterization of adsorption behaviour are established. Then those criteria are used to screen scientific literature about six important classes of adsorbents (zeolithes, activated carbons, metal-organic-frameworks, amines physisorbed to oxide supports, amines covalently tethered to oxide supports and alkali-metal-based materials) and characterize them. Afterwards, a selection of those adsorbents is procured for laboratory investigation. Those adsorbents are zeolithe 13X, activated carbon and activated carbon loaded with 10 wt% potassium carbonate (K2CO3). The adsorbents are investigated in a fixed-bed adsorber with varying temperature (25|70|140 °C), CO2-partial pressure (0,02|0,05|0,1 bar) and moisture (dry|moist) at Technical University Wien. Afterwards, the findings are presented and examined for trends. No clear recommendation for a single of those adsorbents can be made based on this work.