Dynamic carbon dioxide liquidization model

Abstract

In literature CO 2 liquidization is well studied with steady state modeling. Steady state modeling gives an overview of the process but it doesn’t give information about process behavior during transients. In this master’s thesis three dynamic models of CO2 liquidization were made and tested. Models were straight multi-stage compression model and two compression liquid pumping models, one with and one without cold energy recovery. Models were made with Apros software, models were also used to verify that Apros is capable to model phase changes and over critical state of CO 2. Models were verified against compressor manufacturer’s data and simulation results presented in literature. From the models made in this thesis, straight compression model was found to be the most energy efficient and fastest to react to transients. Also Apros was found to be capable tool for dynamic liquidization modeling.

Kirjallisuudessa hiilidioksidin nesteyttämistä on tutkittu paljon stationäärisellä mallintamisella. Stationääriset mallit antavat yleiskuvan prosessista, mutta niillä ei saada tietoa prosessin käyttäytymisestä muutosten aikan. Tässä diplomityössä tehtiin kolme dynaamista mallia hiilidioksidin nesteytyksestä. Mallit olivat suora monivaiheinen kompressio ja kaksi kompressio-nesteen pumppausmallia, joista toisessa oli ja toisessa ei ollut kylmäenergian talteenottoa. Mallit tehtiin Apros ohjelmistolla ja malleja käytettiin myös varmistamaan, että Apros kykenee mallintamaan CO 2:sen faasimuutokset ja ylikriittisen tilan. Mallien toiminta todennettiin kompressorivalmistajan mittausarvoilla ja kirjallisuudessa esitetyillä simulointituloksilla. Tässä työssä esitetyistä malleista suorakompressiomalli todettiin kaikkein energiatehokkaimmaksi ja nopeimmaksi muutostilanteissa. Lisäksi Apros todettiin toimivaksi työkaluksi nesteyttämisen dynaamiseen mallinnukseen.