Simulation Study on the Effects of Impurities on the Phase Behavior, Transport Characteristics, and Compression Performance of CO 2

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Researchers in CCUS process simulation can use these quantitative data to validate models and optimize impurity tolerance.

🏢実務担当者:CCUS project engineers can apply the findings to design compression and pipeline systems that account for real-world CO2 stream compositions.

CO2の圧縮と液化は、炭素回収・利用・貯留（CCUS）システムにおける重要なプロセスである。しかし、回収源から得られるCO2流には、N2、O2、H2Oなどの不純物が含まれることが多く、これらは純粋なCO2の熱物性を著しく変化させ、システムの設計と運用に大きな課題をもたらす。本研究では、Aspen HYSYSプロセスシミュレーションプラットフォーム内でPeng–Robinson状態方程式を用いて、これらの代表的な不純物がCO2の圧縮、液化、パイプライン輸送のプロセス全体に及ぼす影響とそのメカニズムを体系的に調査した。結果は、不純物がCO2の熱力学的特性、パイプライン特性、圧縮性能に及ぼす定量的な影響を明らかにした。N2とO2はCO2混合物の臨界温度を低下させ、臨界圧力を上昇させる一方、H2Oは逆の効果を示す。熱力学的特性に関しては、CO2の密度は圧力変動に対してより敏感であり、一方、粘度と熱伝導率は不純物濃度に対してより敏感である。N2とO2は類似した影響を示すが、H2Oが粘度と熱伝導率に及ぼす影響は無視できる程度である。パイプライン輸送中、不純物の存在は圧力損失と圧力降下を増大させ、H2Oが最も顕著な影響を及ぼす一方、温度分布はわずかに影響を受けるのみである。圧縮プロセスでは、N2とO2はCO2の圧縮係数を増加させ、圧力–エンタルピー（p–H）線図上で圧縮経路を右側に移動させ、圧縮エネルギー消費の大幅な増加をもたらす。総エネルギー消費は不純物濃度とともに増加する。本研究は、不純物を含むCO2混合物を扱う工業プロセスの最適設計、安全運転、経済性に対して、堅固な理論的基盤と貴重なデータ支援を提供する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

CO 2 compression and liquefaction are critical process in carbon capture, utilization, and storage (CCUS) systems. However, CO 2 streams obtained from capture sources often contain impurities such as N 2 , O 2 , and H 2 O, which significantly alter the thermophysical properties of pure CO 2 and pose considerable challenges for system design and operation. In this study, the Peng–Robinson equation of state was employed within the Aspen HYSYS process simulation platform to systematically investigate the effects and mechanisms of these typical impurities on CO 2 throughout the processes of compression, liquefaction, and pipeline transportation. The results reveal the quantitative influence of impurities on the thermodynamic properties, pipeline characteristics, and compression performance of CO 2 . N 2 and O 2 decrease the critical temperature and increase the critical pressure of the CO 2 mixture, whereas H 2 O exhibits the opposite effect. In terms of thermodynamic properties, the density of CO 2 is more sensitive to pressure variation, whereas viscosity and thermal conductivity are more sensitive to impurity concentration. N 2 and O 2 exhibit similar effects, whereas the influence of H 2 O on viscosity and thermal conductivity is negligible. During pipeline transportation, the presence of impurities intensifies pressure loss and pressure drop, with H 2 O exerting the most significant influence, whereas temperature distribution is only slightly affected. In the compression process, N 2 and O 2 increase the compressibility factor of CO 2 and shift the compression path to the right on the pressure–enthalpy ( p – H ) diagram, leading to a considerable rise in compression energy consumption. The total energy consumption increases with impurity concentration. This study provides a solid theoretical basis and valuable data support for the optimized design, safe operation, and economic performance of industrial processes involving CO 2 mixtures containing impurities.

• semanticscholar https://doi.org/10.1002/ghg.70028first seen 2026-05-05 23:59:28 · last seen 2026-08-14 05:35:20