Thermodynamic and economic analysis of a novel aqueous post-combustion CO2 capture system

The adoption of CCS technologies is a possibility for limiting CO2 emission produced by the electricity generation sector. In particular, post-combustion carbon capture systems are typically suitable to be retrofitted to existing facilities. The benchmark technologies of this kind are amine-based processes based on chemical absorption, applicable to both coal and natural gas-fired power plants. Chemical solvents have a number of drawbacks such as high heat duty requirement, degradation and volatility. Aqueous Post-Combustion CO2 Capture technology is claimed to overcome the aforementioned shortcomings. It is based on physical absorption of carbon dioxide in water, circulated through a closed loop absorber and pressure swing desorber that operate in a water filled shaft, which creates a range of hydrostatic pressure (high pressure favors absorption, low pressure favors desorption). The scope of this work is the evaluation of energy and economic performance of Aqueous CO2 Capture technology, for applications on both coal and natural gas-fired large scale power plants.

L’adozione di tecnologie di CCS è una delle possibili vie per una riduzione delle emissioni di anidride carbonica prodotta dal settore elettrico. In particolare, i sistemi di cattura post-combustione hanno tipicamente il vantaggio di essere idonei per il retrofit di impianti esistenti. Le tecnologie di riferimento sono in questo caso processi basati sull’absorbimento chimico con ammine, applicabili sia a centrali elettriche alimentate a carbone che a gas naturale. I solventi chimici hanno tuttavia alcuni svantaggi, quali l’elevata richiesta di energia per la rigenerazione, la degradazione e la volatilità del solvente. L’innovativa tecnologia post-combustione Aqueous CO2 Capture si propone di superare i limiti tipici dei solventi chimici. Si basa infatti sull’absorbimento fisico dell’anidride carbonica in acqua, circolata in un sistema composto da un absorbitore e un desorbitore situati in un pozzo riempito d’acqua, di profondità tale da generare un idoneo range di pressioni idrostatiche (le elevate pressioni favoriscono l’absorbimento; quelle più basse, viceversa, il desorbimento). Lo scopo di questa tesi è la valutazione energetica ed economica delle prestazioni della tecnologia Aqueous CO2 Capture per applicazioni su impianti di grande taglia, alimentati a carbone e a gas naturale.