Improving carbon capture and storage feasibility via compressor electrification

No Thumbnail Available
Files
Hakola_Julia_2024.pdf (1.23 MB)
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Date
2024-05-05
Department
Major/Subject
Kemian tekniikka ja prosessit
Mcode
CHEM3050
Degree programme
Kemiantekniikan kandidaattiohjelma
Language
en
Pages
38
Series
Abstract
Greenhouse gas emissions are a challenging environmental issue in the chemical industry. One way to reduce those emissions is carbon capture and storage (CCS). The chosen method for carbon capture in this thesis is post-combustion capture using chemical absorption with monoethanolamine (MEA). Previous studies have noted that carbon capture is relatively expensive, with the high cost being particularly associated with the use of low-pressure (LP) steam required to regenerate MEA. This thesis investigated, through a literature review and an applied part, whether it is possible to lower CCS price by replacing the steam turbine drive of the propylene refrigeration compressor with an electric motor and utilizing the released steam in carbon capture. With this change the economic feasibility of carbon capture is recalculated by assuming that the released steam is free, however, adding new assumptions such as the investment cost of compressor electrification and increased electricity consumption. Carbon capture unit was designed to treat flue gases from ten steam cracking furnaces, which emit approximately 420 kt/a of CO2. The new price of carbon capture was estimated to be 104€/ton of CO2. For the capture unit estimation of capital cost in total was 183M€ and for annual operating costs 25M€. However, the largest share of capturing cost is the variable cost of production, and more specifically LP steam and electricity. Through compressor electrification, it is possible to receive a significant amount of LP steam, although 25% of the required steam must be purchased from power plant with relatively expensive price. The new price of carbon capture is approximately 32% cheaper than that in the previous study. However, the new price is currently not cheaper than the EU-ETS allowance price, which is has been around 60-100€/t. A suggestion for future re-search is to discuss whether other sources can be found from which LP steam can be obtained at a lower cost, which would decrease the cost of carbon capture.

Kemianteollisuudessa kasvihuonekaasupäästöt ovat yksi suurimmista ympäristöhaasteista. Yksi tapa vähentää näitä päästöjä on hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (CCS). Tässä työssä CO2 talteenottomenetelmäksi valittiin polttamisen jälkeinen talteenotto hyödyntäen kemiallista absorptiota monoetanoliamiiniin (MEA). Aiemmissa tutkimuksissa on huomattu, että hiilidioksidin talteenotto on hyvin kallista. Korkea hinta aiheutuu erityisesti matalapainehöyryn käytöstä, mitä tarvitaan MEA:n kierrättämiseksi. Tässä kandidaatintyössä selvitettiin kirjallisuuskatsauksen ja soveltavan osan avulla, voidaanko CO2 talteenoton hintaa alentaa korvaamalla propeenijäähdytyskompressorin turbiini sähkömoottorilla ja hyödyntämällä vapautuva höyry CO2 talteenotossa. Huomioiden tämä muutos talteen otetun hiilidioksidin hinta laskettiin uudelleen olettamalla vapautuva höyry ilmaiseksi ja lisäämällä uusia kustannuksia osaksi CO2 talteenoton hintaa, kuten kompressorin sähköistämisen investointikustannukset ja lisääntynyt sähkönkulutus. Talteenottoyksikkö suunniteltiin käsittelemään savukaasuja kymmeneltä höyrykrakkausuunilta, jotka päästävät noin 420 kt hiilidioksidia vuodessa. Uudeksi hinnaksi hiilidioksidin talteenotolle saatiin 104 € talteen otetulta CO2 tonnilta. Investointikustannukseksi saatiin noin 183M€ ja vuotuisten käyttökustannusten arvioitu määrä oli 25M€. Suurin osa talteenotto kustannuksista aiheutuu muuttuvista kustannuksista, erityisesti matalapainehöyrystä ja sähköstä. Kompressorin sähköistämisen avulla on mahdollista vastaanottaa huomattava määrä matalapainehöyryä, silti 25 % tarvittavasta höyrystä täytyy ostaa suhteellisen kalliilla hinnalla ulkoisesta lähteestä. Tässä kandidaatintyössä laskettu uusi hinta CO2 talteenotolle on noin 32 % edullisempi kuin aiemmassa tutkimuksessa. Uusi hinta ei ole vielä halvempi kuin EU:n päästökauppajärjestelmän hiilidioksidin hinta, joka on tällä hetkellä noin 60–100 euroa/t. Ehdotuksena tuleville tutkimuksille on selvittää, että löytyykö muita lähteitä, josta matalapainehöyryä voidaan saada halvemmalla hinnalla.
Description
Supervisor
Kontturi, Eero
Thesis advisor
Golam, Sarwar
Keywords
carbon capture and storage, post-combustion capture, monoethonolamine, propylene refrigeration compressor, compressor electrification
Other note
Citation