Selected methods to reduce energy consumption of carbon capture and storage installation in ultra-supercritical power plant

In the paper, the influence of CO2 separation system on the efficiency of electricity production in ultra-supercritical power plant was analyzed. The installation of CO2 separation consisting of a two-stage membrane system and four-stage CO2 compressor with intercooling, which provides increasing CO2 pressure to 20 MPa, was proposed. The proposed carbon capture and storage (CCS) installation allows for the separation of 90% of emitted CO2 from the energy unit with the purity equal to 0.90 and the liquefaction of this stream. This installation requires power supply in the amount of 141.3 MW, which corresponds to the energy equal to 0.903 MJ/kgco2 removed. Several ways to reduce energy consumption of CO2 capture were presented. The paper presents the results of calculation aiming at decreasing the energy consumption of CCS installation through the use of devices with multi-stage intercooled, lowering the temperature of the gas prior to the next level of compression and partial recovery of the energy needed to compression of the separated gas stream before the second stage of the membrane (using a gas turbine). The effect of using heat from the cooling of flue gases, separated and compressed CO2 in the steam turbine regeneration system on the effectiveness of the whole system was also shown. The effect on power requirement for the CCS installation of CO2 liquefaction under pressure near to the critical pressure and then using the liquid CO2 pump in order to increase pressure to the value required for transport was presented.

W artykule przedstawiono wpływ systemu separacji CO2 na sprawność wytwarzania energii elektrycznej w supernadkrytycznym bloku węglowym. Zaproponowano instalację separacji CO2 z zastosowaniem dwustopniowego układu membranowego oraz czterostopniowy kompresor dwutlenku węgla z chłodzeniem międzystopniowym, który zapewnia podniesienie ciśnienia CO2 do 20 MPa. Instalacja CCS ma na celu odseparowanie 90% strumienia emisji CO2 z bloku energetycznego przy jego czystości równej 0,9 oraz upłynnienie tego strumienia. Instalacja ta wymaga doprowadzenia mocy elektrycznej w ilości 141,3 MW, co odpowiada zapotrzebowaniu na energię w ilości 0,903 MJ/kgco2 usuniętego. Przedstawiono kilka sposobów zmniejszenia energochłonności procesu wychwytu CO2. W pracy przedstawiono wyniki obniżenia energochłonności instalacji CCS poprzez zastosowanie urządzeń wielostopniowych z chłodzeniem międzystopniowym, obniżenie temperatury gazu przed kolejnym stopniem sprężania oraz poprzez częściowy odzysk energii potrzebnej do sprężenia strumienia separowanych gazów przed drugim stopniem membranowym (zastosowanie turbiny gazowej). Badano również wpływ wykorzystania ciepła z chłodzenia spalin, separowanego i sprężanego CO2 w układzie regeneracji turbiny parowej na efektywność całego układu. Określono także, jak wpływa na zapotrzebowanie mocy instalacji CCS upłynnienie CO2 pod ciśnieniem zbliżonym do ciśnienia krytycznego, a następnie zastosowanie pompy ciekłego CO2 celem podniesienia ciśnienia do wartości wymaganej dla transportu.