Techno-economic assessment of post combustion CO2 capture in an air blown IGCC plant

In this thesis it is offered a techno-economic evaluation between different technologies for CO2 post combustion capture by chemical absorbtion. The power plant employed as a baseline is an air-blown IGCC plant operating with a sulfur-rich coal quality. The investigated technologies are: An amine-based solvent (Shell-Cansolv) which is meant to represent the state-of-the-art of post combustion CO2 capture. Two innovative systems, known as chilled ammonia and cooled ammonia process, operating with acqueous ammonia. Moreover, it is studied the opportunity of creating a close integration between the co2 capture unit and the AGR section of the IGCC plant. Two different processes for the recovery of sulfur are therefore investigated, creating a total of 6 different power plant configurations under scrutiny. The first process is a Claus unit, while the second one is a sulfuric acid plant working with a catalytic vanadium pentoxide converter. Calculations were perfomed in a Matlab or Excel environment. The thermodynamic model has been constructed by combining together in an original way a series of results drawn from existing sources in the open literature and modifying them, if needed, by means of approximate heuristics. The economic evaluation has been developed according to a set of guidelines provided by the US Department of Energy. Capital costs are estimated with a scaling approach. The results have been challenged with a robustness analysis and a critical review. The results indicate that the technology featuring the lowest LCOE is the cooled ammonia configuration integrated with a sulfuric acid plant.

In questa tesi viene effettuata una analisi tecno economica tra diverse tecnologie per la cattura della CO2. L’impianto di riferimento è un IGCC ad aria operante con una qualità di carbone ricca di zolfo. Le tecnologie di cattura studiate sono: Un solvente amminico (Shell-Cansolv) che vuole rappresentare lo stato dell’arte della cattura della CO2 post combustione. Due sistemi innovativi basati sull’ammoniaca acquosa, noti come ammoniaca in condizioni rispettivamente cooled and chilled. Inoltre viene studiata l’opportunità di creare una stretta integrazione tra l’unità di cattura della CO2 e l’unità AGR dell’impianto IGCC. Due differenti processi per la cattura dello zolfo vengono dunque considerati, creando un totale di 6 diverse configurazioni d’impianto. Il primo processo è una unità Claus, mentre il secondo si tratta di un impianto per la produzione di acido solforico mediante convertitore catalitico ad ossido di vanadio. I calcoli sono svolti in un ambiente Matlab o Excel. Il modello termodinamico è stato costruito combinando in maniera originale una serie di risultati ricavati dalla letteratura pre-esistente, e modificandoli, se necessario, attraverso l’utilizzo di euristiche semplificate. La valutazione economica è stata svolta secondo un insieme di linee guida fornite dal US Department of Energy. I costi del capitale sono stimati con un approccio di scaling. I risultati sono stati oggetto di un test di robustezza, nonché analisi critica. Si è determinato che la tecnologia che offre il minore costo dell’elettricità è la configurazione con ammoniaca in condizioni cooled integrata con un impianto per la produzione di acido solforico.