This thesis’s aim is to make a comparison between two European projects, which have in common the goal of reducing carbon dioxide emissions in steel industry, through a capture system called SEWGS (Sorption Enhanced Water Gas Shift). Part of steel mill flue gases has a little but significant energy content and it is normally used to fuel a combined cycle, which provides the electricity needed to the whole plant. Stepwise project proposes to treat flue gases with the SEWGS technology and use them to produce power anyway, avoiding the emission of a good quantity of CO2, that will be stored, with some efficiency losses in the power plant. FReSMe project, instead, aims to exploit some percentual of the steel mill off gases to produce methanol, combining the two main products of SEWGS system, hydrogen and carbon dioxide. The various solutions proposed by the two projects, with the addition of a mixed case, are adapted to treat flue gases destined to the power plant and are simulated by software GS, for Stepwise part, and Aspen Plus, for FReSMe part. Techno-economic analysis concerns firstly the only capture and utilization plant, then it focuses on the impact of this plant on the steel mill and its economy. The indicator on which is based the assessment of the best solution is the cost of CO2 avoided (CCA), computed comparing cost of “Hot Rolled Coil (HRC)”, main product of the steel plant, and CO2 emissions per unit of HRC with the same values of reference steel mill. Final evaluation elects power plant with saturator as the best case, with a CCA value of around 34 € per ton of CO2, even if the analysis is strongly affected by technical and economic assumptions. Finally, results of variation of these factors coming from assumptions are evaluated in the sensitivity analysis.

Questo elaborato mira a effettuare un confronto tra due progetti europei, che hanno in comune l’obiettivo di ridurre le emissioni di anidride carbonica nell’industria dell’acciaio, tramite un sistema di cattura chiamato SEWGS (Sorption Enhanced Water Gas Shift). Parte dei fumi dell’acciaieria ha un basso ma rilevante contenuto energetico ed è normalmente usato per alimentare un ciclo combinato, che fornisce l’elettricità necessaria a tutto l’impianto. Il progetto Stepwise intende trattare i fumi con la tecnologia SEWGS e usarli comunque per produrre potenza, evitando una buona quantità di emissioni di CO2, che verranno stoccate, con delle perdite di rendimento nel ciclo combinato. Il progetto FReSMe, invece, ha l’obiettivo di sfruttare alcune percentuali dei fumi dell’acciaieria per produrre metanolo, combinando i due prodotti principali del sistema SEWGS, ossia idrogeno e anidride carbonica. Le varie soluzioni proposte da entrambi i progetti, con l’aggiunta di un caso misto, sono adattate per trattare i gas destinati all’impianto di potenza e simulate dai software GS, per la parte Stepwise, e Aspen Plus, per la parte FReSMe. L’analisi tecno-economica riguarda prima il singolo impianto di cattura e utilizzo, poi si concentra sull’impatto di questo impianto sull’acciaieria e la sua economia. L’indicatore su cui si basa la valutazione della soluzione migliore è il costo della CO2 evitata (CCA), calcolato confrontando il costo del “Hot Rolled Coil (HRC)”, prodotto principale dell’acciaieria, e le emissioni di CO2 per unità di HRC con i valori dell’acciaieria di riferimento. La valutazione finale elegge l’impianto di produzione di potenza con saturatore come caso migliore, con un valore di CCA di circa 34 € per tonnellata di CO2, anche se l’analisi è fortemente condizionata da assunzioni tecniche ed economiche. I risultati della variazione di questi fattori derivati da assunzioni sono infine valutati in un’analisi di sensibilità.

Comparison of CCS and CCU in steel mill plant integrating the SEWGS

BASTA, ALESSANDRO
2018/2019

Abstract

This thesis’s aim is to make a comparison between two European projects, which have in common the goal of reducing carbon dioxide emissions in steel industry, through a capture system called SEWGS (Sorption Enhanced Water Gas Shift). Part of steel mill flue gases has a little but significant energy content and it is normally used to fuel a combined cycle, which provides the electricity needed to the whole plant. Stepwise project proposes to treat flue gases with the SEWGS technology and use them to produce power anyway, avoiding the emission of a good quantity of CO2, that will be stored, with some efficiency losses in the power plant. FReSMe project, instead, aims to exploit some percentual of the steel mill off gases to produce methanol, combining the two main products of SEWGS system, hydrogen and carbon dioxide. The various solutions proposed by the two projects, with the addition of a mixed case, are adapted to treat flue gases destined to the power plant and are simulated by software GS, for Stepwise part, and Aspen Plus, for FReSMe part. Techno-economic analysis concerns firstly the only capture and utilization plant, then it focuses on the impact of this plant on the steel mill and its economy. The indicator on which is based the assessment of the best solution is the cost of CO2 avoided (CCA), computed comparing cost of “Hot Rolled Coil (HRC)”, main product of the steel plant, and CO2 emissions per unit of HRC with the same values of reference steel mill. Final evaluation elects power plant with saturator as the best case, with a CCA value of around 34 € per ton of CO2, even if the analysis is strongly affected by technical and economic assumptions. Finally, results of variation of these factors coming from assumptions are evaluated in the sensitivity analysis.
BONALUMI, DAVIDE
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
29-apr-2020
2018/2019
Questo elaborato mira a effettuare un confronto tra due progetti europei, che hanno in comune l’obiettivo di ridurre le emissioni di anidride carbonica nell’industria dell’acciaio, tramite un sistema di cattura chiamato SEWGS (Sorption Enhanced Water Gas Shift). Parte dei fumi dell’acciaieria ha un basso ma rilevante contenuto energetico ed è normalmente usato per alimentare un ciclo combinato, che fornisce l’elettricità necessaria a tutto l’impianto. Il progetto Stepwise intende trattare i fumi con la tecnologia SEWGS e usarli comunque per produrre potenza, evitando una buona quantità di emissioni di CO2, che verranno stoccate, con delle perdite di rendimento nel ciclo combinato. Il progetto FReSMe, invece, ha l’obiettivo di sfruttare alcune percentuali dei fumi dell’acciaieria per produrre metanolo, combinando i due prodotti principali del sistema SEWGS, ossia idrogeno e anidride carbonica. Le varie soluzioni proposte da entrambi i progetti, con l’aggiunta di un caso misto, sono adattate per trattare i gas destinati all’impianto di potenza e simulate dai software GS, per la parte Stepwise, e Aspen Plus, per la parte FReSMe. L’analisi tecno-economica riguarda prima il singolo impianto di cattura e utilizzo, poi si concentra sull’impatto di questo impianto sull’acciaieria e la sua economia. L’indicatore su cui si basa la valutazione della soluzione migliore è il costo della CO2 evitata (CCA), calcolato confrontando il costo del “Hot Rolled Coil (HRC)”, prodotto principale dell’acciaieria, e le emissioni di CO2 per unità di HRC con i valori dell’acciaieria di riferimento. La valutazione finale elegge l’impianto di produzione di potenza con saturatore come caso migliore, con un valore di CCA di circa 34 € per tonnellata di CO2, anche se l’analisi è fortemente condizionata da assunzioni tecniche ed economiche. I risultati della variazione di questi fattori derivati da assunzioni sono infine valutati in un’analisi di sensibilità.
Tesi di laurea Magistrale
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