Influence of membrane CO2 separation on the operating characteristics of a coal-fired power plant

• Autorzy: Kotowicz J. , Janusz-Szymańska K.

Warianty tytułu

PL

Wpływ membranowej separacji CO2 na charakterystyki pracy nadkrytycznego bloku węglowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The influence of a carbon capture and storage (CCS) installation with membrane separation on the efficiency and economic characteristics of a supercritical coal unit has been presented. The algorithm of the minimization of energy consumption of the process of membrane CO2 separation was worked out. It allows, with the assumed parameters of separated CO2 (e.g., purity and recovery ratio), determination of the optimum process parameters such as permeate and feed pressure and the membrane surface area. The possibilities include significant lowering of the energy consumption of the CCS installation through the use of compressors and vacuum pumps with interstage cooling. It was shown that the supercritical power unit throughout the use of the analysed installation will cause only a 6.07 percentage points efficiency decrease, which is realistically 6.96 percentage points. The analysis of the economic consequences of the introduction of the CCS installation to the examined unit was performed. The break-even price of electricity and the cost of avoided emissions were determined. The influences of the lifetime of the membrane and its price on the mentioned quantities were also investigated.

PL

Pokazano wpływ instalacji do sekwestracji CO2 (ang. carbon capture and storage - CCS) z separacją membranową na charakterystyki sprawnościowe i ekonomiczne nadkrytycznego bloku węglowego. Opracowano algorytm minimalizacji energochłonności procesu membranowej separacji CO2. Pozwala on przy założonych parametrach oddzielonego CO2 (tj. czystości i stopnia odzysku) wyznaczyć optymalne parametry procesu. Są to ciśnienie permeatu i zasilania oraz powierzchnia membrany. Pokazano możliwość znacznego zmniejszenia energochłonności instalacji CCS przez zastosowanie sprężarek i pomp próżniowych z chłodzeniem międzystopniowym. Wykazano, że nadkrytyczny blok węglowy wskutek zainstalowania badanej instalacji CCS utraci granicznie jedynie 6.07 punktu procentowego mocy, realnie 6.96 punktu procentowego. Przeprowadzono analizę konsekwencji ekonomicznych wprowadzenia instalacji CCS do badanego bloku energetycznego. Wyznaczono graniczną cenę sprzedaży energii elektrycznej i koszt emisji uniknionej. Zbadano wpływ długości czasu użytkowania membran i ich ceny na wymienione wielkości.

Słowa kluczowe

EN

separation; coal unit

PL

blok węglowy; separacja

• Wydawca: Komitet Inżynierii Chemicznej i Procesowej Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Chemical and Process Engineering
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, z. 4
• Strony: 681--698
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kotowicz J.

autor

Janusz-Szymańska K.

• Institute of Power Engineering and Turbomachinery, Silesian University of Technology, Konarskiego 18, 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] KOŁTUNIEWICZ A., Chem. Proc. Eng., 2007, 29, 29.
• [2] HERZOG H., Env. Sci. Techn., 2001, 35, 148.
• [3] GIBBINS J., CCS policy developments, [In:] TSEC Programme – UK Carbon Capture and Storage Consortium, Nottingham, 18–19th April, 2007.
• [4] Cost and Performance Baseline for Fossil Energy Plants, DOE/NETL-2007/1281, Revision 1, August 2007.
• [5] Pulverized Coal Oxy-combustion Power Plants, DOE/NETL-2007/1291, Revision, October 2007.
• [6] SANTOS S., CO2 Capture, processing and transport, IEA Greenhouse Gas R.D Programme, Asia- Pacific Economic Cooperation (APEC), Mexico City, 24th May, 2007.
• [7] ZHENG F., TRAN D.N., BUSCHE B.J., FRYXELL G.E., ADDLEMAN R.S., ZEMANIAN T.S., AARDHAL C.L., Ind. Eng. Chem. Res., 2005, 44, 3099.
• [8] KOHL A., NIELSEN R., Gas purification, 5th Ed. Houston, Gulf Publishing Company, 1997.
• [9] KOROS W.J., FLEMING G.K., J. Membr. Sci., 1993, 83, 1.
• [10] HÄGG M.-B., LINDBRÅTHEN A., Ind. Eng. Chem. Res., 2005, 44, 7668.
• [11] POWELL C.E., QIAO G.G., J. Membr. Sci., 2006, 279, 1.
• [12] METPORE, Nano-structured Ceramic and Metal Supported Membranes for Gas Separation, together with the University of Queensland, Australia, funded by Federal Ministry of Economics and Technology (BMWi), Germany and industrial Companies EON, EnBW, RWE, start January 1st, 2007.
• [13] CZYPEREK M., ZAPP P., BOUWMEESTER H.J.M., MODIGELL M., PEINEMANN K.-V., Energy Proc., 2009, 1, 303.
• [14] Project Nanoglowa – Nanostructured Membranes against Global Warming, http://www.nanoglowa.com.
• [15] YAN S., FANG M., ZHANG W., ZHONG W., LUO Z., CEN K., En. Conv. Manag., 2008, 49, 3188.
• [16] GEANKOPLIS J.C., Transport processes and separation process principles, 4th Ed., Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ, 2003.
• [17] BODZEK M., BOHDZIEWICZ J., KONIECZNY K., Membranes technologies in enviromental protection, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997 (in Polish).
• [18] BUZEK L.,WARMUZIŃSKI K., TAŃCZYK M., JANUSZ-CYGAN A., Chem. Eng. Proc., 1999, 38, 273.
• [19] GRAINGER D., HÄGG M.-B., Fuel, 2008, 87, 14.
• [20] DAVIDSON J., THAMBIMUTHU K., Technologies for capture of carbon dioxide, Proc. Seventh Greenhouse Gas Technology Conference, Vancouver, Canada, International Energy Association (IEA), Greenhouse Gas R&D Programme, 2004.
• [21] KALDIS S.P., SKODRAS G., SAKELLAREPOULA G.P., Fuel Proc. Techn., 2004, 85, 337.
• [22] CHMIELNIAK T., Supercritical coal-fired power plants, Project Res., In, PBZ–MEiN–4/2/2006.
• [23] KOTOWICZ J., CHMIELNIAK T., JANUSZ-SZYMAŃSKA K., Energy, 2010, 35, 841.
• [24] WARMUZIŃSK K., TAŃCZYK M., JASCHIK M., Chem. Proc. Eng., 2009, 30, 3.
• [25] CHMIELNIAK T., RUSIN, A., CZWIERTNIA K., Gas Turbines, Zakład Narodowy im. Ossolińskich. Wydawnictwo Polskiej Akademii Nauk,Wrocław 2001 (in Polish).
• [26] KOTOWICZ J., Gas–steam power plants, KAPRINT Publ., Lublin 2009 (in Polish).
• [27] KOTOWICZ J., JANUSZ-SZYMAŃSKA K., J. Polish CIMAC, 2009, 4, 75.
• [28] ATTALA L., FACCHINI B., FERRARA G., En. Conv. Man., 2001, 42, 2163.
• [29] KOTOWICZ J., BARTELA Ł., Energy, 2010, 35, 911.
• [30] ZHAO L., et al., Energy Proc., 2009, 1, 269.