Strukturoptimierung eines membranbasierten Prozesses zur CO2-Abscheidung aus Rauchgasen

Abstract:
In dieser Arbeit wurde die optimale Verknüpfung und der Betriebspunkt für die kostengünstige Abtrennung von CO2 aus dem Rauchgas eines 600MW Kohlekraftwerks identifiziert. Hierzu wird eine geeignete Superstruktur vorgestellt und als gemischt-ganzzahliges nichtlineares Problem (MINLP) gelöst. Die Superstruktur besteht aus Membranmodulen zur Trennung eines binären CO2/N2 Stoffstroms, Feedkompressoren, Vakuumpumpen, Turbinen und Produktkompressoren. Als wichtiger Aspekt dieser Arbeit werden die Kompressoren und Pumpen sowohl für eine isentrope, als auch für eine isotherme Zustandsänderung modelliert. Es wird zwischen zwei Fällen unterschieden: Beim Druckbetrieb sind keine Vakuumpumpen und Turbinen in der Superstruktur enthalten, während beim Vakuumbetrieb alle Komponenten möglich sind. Die Simulation für Zertifikatpreisszenarien (30€/t, 60€/t, 100€/t) und Membranpreisszenarien (0,60€/m2, 6,20€/m2, 62€/m2) liefert ein umfassendes Kostenszenario mit den zugehörigen optimalen Verschaltungen und Betriebsparametern. Gegenüber dem Druckbetrieb sind beim Vakuumbetrieb erheblich niedrigere Gesamtkosten nötig. Als wichtigste Einflussgrößen erwiesen sich die Zertifikatkosten und die Betriebskosten der Kompressoren. Membrankosten und damit die gewählten Membranpreisszenarien sind also von untergeordneter Bedeutung.

Keywords:
superstructure, membrane, CO2