20.500.12556/DKUM-22699 Simulacija procesa in gospodarnosti izločanja ogljikovega dioksida iz dimnih plinov termoelektrarn PROCESS SIMULATION AND ECOOMIC ANALYSIS OF THE CALCIUM-LOOPING PROCESS FOR CO2 CAPTURE FROM POWER PLANT FLUE GASES V diplomskem delu je bil obravnavan proces za izločanje ogljikovega dioksida (CO2) iz dimnih plinov termoelektrarn, angleško imenovan »Calcium Looping« [7,21]. Ta proces je ena od možnih rešitev v sklopu tehnologij za tako imenovani CCS. Kar je angleška kratica za »Carbon Capture and Storage« in v prevodu pomeni zajem in shramba ogljika. Pri teh tehnologijah je CO2 izločen iz dimnih plinov, očiščen, utekočinjen, transportiran in shranjen na geološko primerni lokaciji. Cilj teh tehnologij je zmanjšanje CO2 izpustov, ki nastanejo pri zgorevanju fosilnih goriv. Koncentracija tega toplogrednega plina že sedaj v atmosferi previsoka in bo zaradi potrebe svetovnega prebivalstva po energiji, ta koncentracija le še naraščala. CCS predstavlja eno od možnih rešitev, zraven obnovljivih virov energije v izogib večjim klimatskim spremembam. Ob procesu »Calcium Looping« so tukaj še: izgorevanje v atmosferi »Oxy-fuel« [14], kemijsko ločevanje CO2 s pomočjo aminov [3], izgorevanje »Chemical Looping« [18] itd. »Calcium Looping« je krožni proces v katerega sta vezana reaktorja s tehnologijo zvrtinčenih plasti (angl. Fluidized bed). V prvem reaktorju, kateri se imenuje »Carbonator«, se CO2 veže s Kalcijevim oksidom (CaO) v apnenec (CaCO3), pri temperaturi med 600-700 °C. To je prikazano v reakciji št.1, ki je eksotermna. Kar pomeni da nastane toplota, ki se lahko uporabi za pridobivanje pare. CaO+〖CO〗_2→〖CaCO〗_3-∆H (Reakcija št. 1) 〖CaCO〗_3→CaO+〖CO〗_2+∆H (Reakcija št. 2) ∆H=168,5 [kJ/〖mol〗_CaO ] Mešanica plina in trdih delcev, ki ga turbulentna zvrtinčena plast odnaša iz reaktorja se loči v ciklonu. Plin se najprej ohladi, očisti prašnih delcev in je nato izpuščen v atmosfero. Trdna snov, ki je sestavljena iz apnenca in CaO se deloma ponovno vrne v »Carbonator« in deloma prenesena v drugi reaktor imenovan »Regenerator«, kjer se pri temperaturi med 850-900°C ponovno loči na CaO in CO2. Ta proces, ki je endotermni in porabi toploto iz okolice, je opisan v reakciji št. 2. Da zagotovimo dovolj visoko temperaturo in toploto za reakcijo moramo v tem reaktorju izvajat »Oxy-fuel« zgorevanje, kar pomeni da poteka v atmosferi iz kisika. Nastali plin, ki je v veliki meri sestavljen iz CO2 in vodne pare, ter CaO je vodeno do ciklona, kjer se ločita plin in trdna snov. Plin se nato ohladi, filtrira malih delcev, vodna para pa kondenzirana. CO2 se nato utekočini in je tako primeren za nadaljnji transport. Trdna snov sestavljena iz CaO se delno povrne v »Regenerator« in delno vodi v »Carbonator« tako, da se s tem zaključi krožni proces. Toplota, ki se odvaja pri ohlajanju izhodnih plinov iz obeh reaktorjev je prav tako primerna za pridobivanje pare. Za kontinuirano vodenje Calcium Looping procesa so bistvenega pomena tri veličine: Space Time (τ) Je veličina, ki opisuje maso CaO-a v reaktorju (nCaO) izraženo v molih, deljeno s plinskim tokom CO2 (FCO2) v vhodnem dimu izraženo z moli na uro. τ=n_CaO/F_(〖CO〗_2 ) ∙60 [min] To je teoretično potreben čas, da se CaO veže s CO2-jem v apnenec. Tem večji je »Space Time«, tem večji bo delež vezanega CO2-ja [9]. Iz teorije je razvidno, da mora ta čas biti vsaj 20 min, da se izloči željenih 90 % CO2-ja [27]. Looping Ratio (LR) Je razmerje toka CaO med »Regenerator«-jem in »Carbonator«-jem (FCaO), merjeno v molih na uro, deljeno s plinskim tokom CO2 (FCO2) v vhodnem dimu, izraženo prav tako v molih na uro. Looping ratio=F_CaO/F_(〖CO〗_2 ) Iz teorije je razvidno, da priporočljivo razmerje med 5-20, pri čemer večje razmerje pomeni večji odstotek vezanega CO2-ja kar pa je hkrati povezano z večjimi stroški [27]. Make-up Ratio Sposobnost vezanje in izločanja CaO s CO2 je sicer v teoriji krožni proces, a se v praksi ta zmanjšuje [8]. Zaradi tega se dodaja svež apnenec (Make up) in v enaki meri odvzema izrabljen. Ta »Make-up« se nastavi kot razmerje med tokom dodanega apnenca (FCaCO3) in plinskim tokom CO2-ja (F Calcium Looping is a Post-combustion process used to capture CO2 out of power plant flue gases. Two fluidized bed reactors are needed for this process. The first reactor (called Car-bonator) is coupled with the power plant flue gas exhaust. In this reactor CO2 reacts with CaO to create limestone at a temperature of ca. 650 °C. The limestone is then transported to the second reactor (called Regenerator) in which limestone, under Oxy-fuel conditions, breaks up into CaO and CO2 at a temperature of ca. 900°C. After conditioning the CO2 is stored and the CaO is transported back to the Carbonator to close the cycle. In this thesis results from the MAGNUS test champagnes were analyzed. MAGNUS is a pilot scale plant with the capacity of 200 kWth. Data from the experiments were programmed into the AspenTM simulation software to get the results for a power plant with the capacity of 754.3 MWel. These results were used to calculate the economics. The most important of them are the electricity production cost, which is calculated to be 73.05 €/MWh and the CO2 abatement cost at 29.33 €/tCO2. The whole power output of the power plant and the Calcium Looping plant together is 1161.3 MWel with a net electric efficiency of 38,5%. This means a loss in efficiency is 7 % compared with the power plant without Carbon capture. »Calcium Looping« stroški proizvodnje električne energije stroški izločanja CO2 iz dimnih plinov apnenec zajem in shramba ogljika Calcium Looping electricity production cost CO2 abatement cost limestone Carbon capture and storage true true false [P. Kekec] Slovenski jezik Angleški jezik Diplomsko delo 2012-04-16 13:00:29 2012-05-23 10:11:15 2022-04-14 12:01:47 2023-12-30 03:30:43 2012 0 Maribor 0 0000-00-00 NiDoloceno NiDoloceno NiDoloceno 0000-00-00 0000-00-00 0000-00-00 628.5:621.311.2(043.2) 16761110 URN:SI:UM:DK:OZUORN2O UNI_Kekec_Primoz_2012.pdf UNI_Kekec_Primoz_2012.pdf 1 1F4811930A3F60356FD1700C75B6D0D3 6c3feccc3fc7c905868faa9851f967272e50aabb929b49b65d3170436bb12f9d 8d7f518f-7c06-11eb-bb7a-00155d0001ca 20.500.12556/dkum/4ddc0612-c00c-4a6e-bdcc-5fcdb1bbe704 https://dk.um.si/Dokument.php?lang=slv&id=29424 Fakulteta za strojništvo 0 0 0