Προηγμένα συστήματα δέσμευσης του CO2
Authors: Βορριάς Ηλίας 
Published: September 2021

Σκοπός της διατριβής είναι η αξιολόγηση μέσω θερμοδυναμικών υπολογισμών και η οικονομοτεχνική ανάλυση της εφαρμογής προηγμένων τεχνολογιών δέσμευσης CO2 σε μονάδες ηλεκτροπαραγωγής καύσης στερεών καυσίμων αλλά και σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις μεγάλης κλίμακας όπως είναι η τσιμεντοβιομηχανία. Η μελέτη των υπό εξέταση τεχνολογιών δέσμευσης αποσκοπεί στην αύξηση του συνολικού βαθμού απόδοσης της όλης εγκατάστασης και στην ελαχιστοποίηση των ενεργειακών καταναλώσεων που οφείλονται στην εγκατάσταση της τεχνολογίας δέσμευσης. Αυτό, μεταξύ άλλων, επιτυγχάνεται με τη βέλτιστη αξιοποίηση της χαμένης θερμότητας του συστήματος δέσμευσης του CO2 μέσω της ενσωμάτωσής της στο κύκλωμα νερού-ατμού.Εξετάστηκε η τεχνολογία στην οποία η καύση γίνεται σε περιβάλλον αυξημένης συγκέντρωσης σε οξυγόνο ώστε να παράγεται καυσαέριο μεγαλύτερης περιεκτικότητας σε CO2 σε σχέση με την καύση με ατμοσφαιρικό αέρα. Στη συνέχεια το CO2 δεσμεύεται μέσω ενός κλασικού μετά καύσης συστήματος δέσμευσης είτε με χημική απορρόφηση από αμίνες είτε μέσω διαχωρισμού του από τα λοιπά συστατικά του καυσαερίου μέσω της διέλευσης του από κατάλληλες μεμβράνες. Πραγματοποιήθηκε βελτιστοποίηση της συγκέντρωσης του οξυγόνου στο συνολικό αέρα καύσης, εξετάστηκε η εφαρμογή της τεχνολογίας σε έναν ελληνικό λιγνιτικό σταθμό καθώς και σε έναν σταθμό με χρήση καυσίμου λιθάνθρακα. Παρουσιάζονται επίσης και αποτελέσματα που προέκυψαν από την εκτέλεση πειραμάτων συναφών με τη συγκεκριμένη τεχνολογία δέσμευσης του CO2. Προέκυψε ότι η τεχνολογία αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη πρόταση ειδικά για περίπτωση μετασκευής υπάρχοντος σταθμού ηλεκτροπαραγωγής.Εξετάστηκε η μετά την καύση δέσμευση του CO2 με χρήση της τεχνολογίας ασβεστοποίησης-ανθρακοποίησης με χρήση ενός καυσίμου χαμηλής ποιότητας όπως ο ελληνικός λιγνίτης στον ασβεστοποιητή. Πραγματοποιήθηκε βελτιστοποίηση του δευτερεύοντος θερμοδυναμικού κύκλου, εξετάστηκαν οι δυνατότητες αύξησης του συνολικού βαθμού απόδοσης μέσω εγκατάστασης ενός εναλλάκτη συναλλαγής θερμότητας μεταξύ των στερεών ρευμάτων, της χρήσης προξηραμένου καυσίμου στον ασβεστοποιητή και της ανάγκης ή όχι ανακυκλοφορίας ψυχρού CO2 σε αυτόν. Εξετάστηκε η δυνατότητα εφαρμογής της ως περίπτωση μετασκευής ενός υπάρχοντος σταθμού ηλεκτροπαραγωγής και ως περίπτωση ανέγερσης ενός νέου σταθμού. Προέκυψε ότι αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη πρόταση κυρίως λόγω της αυξημένης ηλεκτροπαραγωγής.Εξετάστηκε η δυνατότητα συνδυασμένης λειτουργίας μιας τσιμεντοβιομηχανίας με μια βιομηχανία ηλεκτροπαραγωγής με κοινή δέσμευση του CO2 που παράγεται και από τις δύο διεργασίες μέσω της τεχνολογίας ασβεστοποίησης-ανθρακοποίησης. Το CaO που δημιουργείται στον ασβεστοποιητή του συστήματος δέσμευσης του CO2 και παράγεται από το φρέσκο CaCO3 χρησιμοποιείται από την τσιμεντοβιομηχανία για την παραγωγή του κλίνγκερ. Εξετάστηκε η δυνατότητα βελτίωσης του συνολικού βαθμού απόδοσης της όλης εγκατάστασης ενώ οι δύο βιομηχανίες μπορούν να λειτουργήσουν μαζί αλλά και μεμονωμένα με και χωρίς δέσμευση του CO2. Η τεχνολογία αυτή αποτελεί μια πολύ καλή πρόταση δεδομένου ότι δεσμεύει αποδοτικά και με χαμηλό κόστος το CO2 και από τις δύο διεργασίες.Για όλες τις εξεταζόμενες τεχνολογίες δέσμευσης του CO2 πραγματοποιήθηκε οικονομοτεχνική ανάλυση μέσω της οποίας υπολογίζεται το κόστος εγκατάστασης των συστημάτων δέσμευσης, το κόστος ηλεκτροπαραγωγής και το κόστος αποφυγής του CO2.