Title: MEA process and CAP; a comparison based on simulation
Language: English
Authors: Steinparzer, Thomas 
Qualification level: Diploma
Keywords: Monoethanolamin; Chilled Ammonia Prozess; Post-combustion capture; PCC; Carbon capture and storage; CCS; ASPEN Plus; Energietechnik; Prozesssimulation; Thermische Verfahrenstechnik
Monoethanolamine; Chilled Ammonia Process; post-combustion capture; PCC; carbon capture and storage; CCS
Advisor: Haider, Markus
Issue Date: 2010
Number of Pages: 126
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Ziel dieser Arbeit war der Prozessvergleich zwischen zwei post-combustion capture Prozessen basierend einerseits auf einer wässrigen Monoethanolamin Lösung und andererseits auf einer wässrigen Ammoniak Lösung. Die $CO_2$ Absorption mit Hilfe der wässrigen Ammoniak Lösung wurde unter gekühlten Bedingungen durchgeführt.
Auf Grund der möglichen Änderung des Klimas ist $CO_2$ in den Fokus der Forschung zur Reduktion der Treibhausgase gekommen.
Für Kraftwerke gibt es grundsätzlich drei mögliche Technologien, die zur $CO_2$ Abscheidung genutzt werden können. Diese sind im Wesentlichen:
pre-combustion, Oxyfuel Verbrennung und post-combustion. Besonders die post-combustion Prozesse haben ein großes Potential, da bei ihnen die Möglichkeit der Nachrüstung besteht.
In dieser Arbeit wurden zwei post-combustion capture Prozesse (Monoethanolamin Prozess und Chilled Ammonia Prozess) miteinander verglichen, die aktuell im Fokus der Forschung liegen. Der Prozessvergleich baut auf Ergebnisse, die mit Hilfe der Prozesssimulationssoftware ASPEN Plus$ {TM}$ erzielt wurden.
In Anlehnung an verschiedene Quellen wurden Modelle zur Prozesssimulation für beide $CO_2$ Abscheideverfahren entworfen.
Die Simulationsergebnisse zeigten, dass für beide Prozesse ein Minimum des Reboilerbedarfs bei einem bestimmten Verhältnis von Waschflüssigkeit zu Rauchgas existiert. Durch Veränderung der wichtigsten Anlagenparameter wurde für beide Prozesse ein Optimum der Betriebsparameter fixiert.
Für jeden Prozess wurden die Anlagenparameter (spezifischer Reboilerbedarf, spezifische Kühlleistung, spezifische elektrische Leistung, spezifischer Waschmittelmassenstrom und spezifischer Wasser- und Waschmittelverbrauch) berechnet und miteinander verglichen.
Der Prozessvergleich kam zu dem Ergebnis, dass der Chilled Ammonia Prozess in Bezug auf spezifischen Reboilerbedarf und Waschmittelmassenstrom gegenüber dem Monoethanolamin Prozess begünstigt ist. Hingegen führt der größere Bedarf an elektrischer Energie sowie der höhere Kühlwasserbedarf zu einem größeren Leistungsverlust für das Kraftwerk.
Eine grobe und qualitative Abschätzung der Investitionskosten wurde ebenfalls für beide Systeme durchgeführt. Diese kam zu dem Schluss, dass die Investitionskosten für den Chilled Ammonia Prozess etwas höher liegen als für den Monoethanolamin Prozess. Grund dafür sind die höheren Kolonnen und die zusätzlichen Hilfsaggregate.
Durch einen ökologischen Vergleich der Systeme wurde rein qualitativ festgestellt, dass Ammoniak eine höhere Toxizität für die Umwelt besitzt als Monoethanolamin.

Objective of this work was the process comparison of the two post-combustion capture processes based on an aqueous MEA solution or an aqueous ammonia solution. The $CO_2$ absorption based on the aqueous $NH_3$ solution was done at chilled conditions.
Due to the change in climate, carbon dioxide got into the focus of research for reduction of GHG (Greenhouse Gas) emissions.
For power plants three main technologies exist for reducing the $CO_2$ emissions. These are: pre-combustion, oxyfuel-combustion and post-combustion. Post-combustion technologies are interesting, because of the retrofit possiblity of existing power plants.
Therefore two of the most developed post-combustion processes (MEA Process and CAP) were compared to each other. This process comparison was based on simulation results calculated with the simulation tool ASPEN Plus$ {TM}$.
Therefore, simulation models for each process with property data sets were adopted from various sources.
The simulation results showed that both processes have a partikular minimum for the specific reboiler duty at a certain washing solvent to flue gas ratio. By the variation of the main operation parameters the optimum process parameters for both capture processes were determined.
For each process the main operation data (specific reboiler duty, specific cooling duty, specific power duty, specific solvent flow, specific water and solvent consumption) were calculated and considered in the evaluation.
The process comparison showed that the CAP has an advantage with respect to the specific reboiler duty and the necessary specific solvent flow compared to the MEA Process. On the other hand, the higher power demand and cooling water consumption for the refrigeration system of the CAP leads to a larger loss in net power than for the MEA Process.
Further, an approximate evaluation of the investment costs for both processes was done. This comparison resulted in the fact that the CAP is slightly more expensive than the to the MEA Process due to the taller columns and costs for auxiliary components.
The qualitative ecologic comparison of the systems came to the result that ammonia is more toxic to the environment than monoethanolamine.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-41167
http://hdl.handle.net/20.500.12708/14794
Library ID: AC07808314
Organisation: E302 - Institut für Energietechnik und Thermodynamik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
Appears in Collections:Thesis

Files in this item:

File Description SizeFormat
MEA process and CAP a comparison based on simulation.pdf4.21 MBAdobe PDFThumbnail
 View/Open
Show full item record

Page view(s)

12
checked on Feb 18, 2021

Download(s)

68
checked on Feb 18, 2021

Google ScholarTM

Check


Items in reposiTUm are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.