Oksiyanma teknolojisi ve karbondioksit tutumunun teknoekonomik analizi
Oxy-fuel combustion  technology and  techno economic analysis of carbon dioxide capture
Yazar: BARIŞ OKTAY
Danışman: PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Dünya nüfusu ve sınai faaliyetler arttıkça enerjiye olan talebin artması kaçınılmazdır. Enerji kaynaklarının çeşitlendirimesi ve verimliliğin arttırılmasına yönelik çabalara rağmen dünyanın net enerji talebindeki artış, fosil yakıtlara olan bağlılığın devam edeceğini işaret etmektedir. Fosil yakıtlar kaynak olarak yaygınlığı, teknoloji olarak erişkinliği ve emre amadeliği gibi avantajlarının yanı sıra yüksek enerji yoğunlukları ile bir çok ülkenin enerji üretim metotları arasında birinci tercih durumundadır. Fosil yakıtların yanması sonucu oluşan karbondioksidin atmosferde birikiminin, dünyanın iklim değişikliğine olan etkisi ise araştırmaların odağındadır. Fosil yakıt kullanımının devamlılığı durumunda çevresel etkilerinin azaltılması ekolojik ve insan sağlığı açısından büyük önem arz etmektedir. Fosil yakıtların yanması sonucu oluşan sera gazlarının, çevreye salınan büyük bir kısmı karbondioksit olarak atmosferde birikmektedir. Karbondioksit salnımının azaltılması ve engellenmesi amacıyla yapılan çalışmalar karbon tutma ve depolama teknolojileri adı altında gruplandırılmıştır. Karbon tutma ve depolama teknolojileri, fosil yakıtların kullanımı sonucu ortaya çıkan karbondioksitin atmosfere salınımın engellenmesi için tasarlanan karbondioksit ayırma, tutma, depolama ve taşıma üzerine geliştirilmişlerdir. Bu teknolojiler yanma öncesi, yanma sonrası ve oksi yanma olarak üç kategoriye ayrılmıştır. Yanma öncesi teknolojiler kömürün yakılmasından önce karbondioksiti elimine etmek için gazlaştırma teknolojisi entegre edilmiş kombine çevrim santrallerinde kullanılabilmektedir. Yanma sonrası karbondioksit tutma teknolojileri, yanma gazlarındaki karbondioksitin, gaz akımından fiziksel veya kimyasal tekniklerle ayrılması prensibindedir. Oksi yanma teknolojisi ise görece yeni bir teknoloji olup, önceki tekniklere kıyasla daha verimli ve ekonomik karbondioksit tutma sağlayabilmektedir. Oksi yanma teknolojisi, yakıtın oksijence zengin hava veya  saf oksijen ile yakılarak ve baca gazının bir kısmının geri döndürülmesiyle , yanma gazının büyük ölçüde karbondioksit olarak elde edilmesi prensibine dayanır. Bu şartlarda yanma sonucu meydana gelen baca gazından su buharının yoğuşturulmasından sonra, çok büyük oranda karbondioksitten oluşan kuru baca gazından karbondioksidin soğutularak ve sıkıştırılarak sıvılaştırılaması mümkün olabilmektedir. Bu teknolojilerin uygulanabilirliğinin önündeki en büyük engeller, enerji tüketimleri ve maliyete olan etkileridir. Yatırımcı veya devletlerin karbondioksit tutma ve depolama teknolojilerine yönelmesini sağlamak için gerekli maliyetlerin anlaşılırlığı önem arz etmektedir. Literatürde, karbon tutma ve depolama teknolojilerinin maliyetlerinin hesaplanması için farklı kaynaklarca yayınlanmış metodolojiler bulunmaktadır. Bu metodolojilerden uygun olanı seçilip, oksi yanma teknolojisinin pülverize kömür sistemleri, dolaşımlı akışkan yatak teknolojileri ve basınçlı ortamda olan uygulamalarına dair ekonomik kıyaslamalar bu çalışmanın amacıdır. Karbon tutma ve depoloma teknolojilerine ilişkin ekonomik verilerin varlığı ve kapsamının genişliği, karar alma yetkisine sahip kişi ve kurumların bu teknolojilere desteği için büyük önem arz etmektedir.

Abstract:
The energy demand of Earth is inevitably increasing due to the increase in population and industrial activities. Despite the efforts for diversification of energy sources and more energy efficient technologies, the increase in the energy requirement of the world indicates a dependency on fossil fuels in energy generation for the foreseeable future. Aside from their higher energy intensity, fossil fuels offer abundancy and, well developed and easily-accesible technology. These properties keep fossil fuels a primary source of energy generation for many countries. Most common combustion gas that is accumulating in atmosphere is the carbon dioxide released from fossil fuel combustion. The effects of this accumulation on global climate change is the main focus of many studies.  If the utilization of fossil fuels is to continue, it is a matter of great importance to human health and ecology that ways to diminish the effects of fossil fuel usage are discovered. The technologies invented to prevent or diminish the release of carbon dioxide are categorized as carbon capture and storage technologies. These technologies developed for carbon capture are divided into three groups: pre-combustion, post combustion and oxyfuel combustion. Pre-combustion technologies are utilized in integrated gasifier, combine cycle type power plants. These plants use coal gasification to produce syngas, a mixture of carbon monoxide and hydrogen. Carbon monoxide in syngas is converted into carbon dioxide by water gas shift reaction and separated from the stream. Hydrogen is used as fuel resulting water as combustion product. Post combustion method is based on separation of carbon dioxide in the flue gas stream by additional processes such as physical or chemical absorption. Oxyfuel combustion is a relatively new and promising technology for clean combustion. It is based on the combustion of fossil fuels by a mixture of pure oxygen obtained by separation of air and recycled flue gas. Resulting a flue gas stream highly comprised of carbon dioxide and water vapor. Flue gas is easily dried and ready for transportation or storage. However, all of these technologies come with an energy penalty and economic disadvantages. There are various methods of analyzing the economics of carbon capture and storage systems in the literature. In order to promote these technologies, it is crucial to clarify the financial aspects of investing in them to policy makers and investors. In this study, a suitable methodology is selected to make a techno-economic analysis of oxyfuel technology in pulverized coal burners, circulating fluidized beds and pressurized conditions. The resulting economic parameters and their comparison should provide to be useful for decision-making groups and organizations.