Denna studie undersöker integrationen av alkaliska koldioxidavskiljningssystem i naturgaseldade kombikraftverk (NGCC) som en del av insatserna för att minska koldioxidutsläpp från kraftverk baserade på fossila bränslen. Målet är att förbättra den miljömässiga hållbarheten genom att avsevärt minska koldioxidutsläppen och därmed bidra till globala insatser mot klimatförändringar.

Forskningen omfattar en grundlig analys av viktiga driftparametrar, inklusive förhållandet mellan vätska och gas (L/G) för NaOH-lösning till rökgas i absorbersektionen, NaOH-koncentration, absorbertryck, flödeshastighet för absorbent och temperaturer för både absorbent och rökgas. Känslighetsanalyser genomfördes genom att variera dessa parametrar för att förstå deras påverkan på CO₂-uppfångningsgraden. Utvärdering av nyckelprestandaindikatorer (KPI), inklusive CO₂-uppfångningsgrad, lean och rich loading, samt den elektriska effektiviteten hos NGCC-kraftverket, baserades på basfallsscenariet. Dessutom användes pinchanalys för att optimera värmeintegration inom systemet, vilket minskar behovet av extern uppvärmning och kylning samt förbättrar den totala energiåtervinningen.

Studien visar att en koldioxidupptagningsgrad på 90% medför en betydande energipåverkan, där nästan hälften av kraftverkets totala effekt konsumeras. Detta minskar den elektriska verkningsgraden från 43% till 21,3%, då energi omdirigeras till CO₂-uppfångning och tillhörande processer som luftseparationsenheten (ASU) för syreproduktion i kalkugnen och CO₂-komprimering för förvätskning. Det beräknade specifika primära energibehovet för undvikna CO₂ (SPECCA) på 3,85 MJ/kg-CO₂ för NGCC med NaOH-absorption var något högre än för NGCC med aminabsorption (3,45 MJ/kg-CO₂), vilket belyser den högre energipåverkan hos NaOH-baserade processer. Dessutom har värmeintegrationsoptimering med hjälp av pinchanalys betydligt minskat externa uppvärmnings- och kylkrav och förbättrat energiåtervinning inom systemet.

Även om alkaliska koldioxidavskiljningar visar lovande resultat för hög CO₂-uppfångning i NGCC-system, drar studien slutsatsen att noggrann optimering av driftsparametrar är avgörande för att minimera energipåverkan och öka genomförbarheten för storskalig utsläppsminskning i kraftverk.

As part of the growing initiatives to mitigate CO₂ emissions from fossil fuel-based power generation plants, this study investigates the integration of alkali-based carbon capture systems into natural gas fired combined cycle (NGCC) power plants. The primary goals of this project are to improve the environmental sustainability of these power plants by significantly reducing carbon emissions, thereby contributing to global climate change mitigation efforts. 

This research involves a comprehensive analysis of key operational parameters, including the liquid-to-gas ratio (L/G) of NaOH solution to flue gas in the absorber section, NaOH concentration, absorber pressure, absorbent flow rate and temperatures of both absorbent and flue gas. Sensitivity analyses were conducted by varying key parameters to understand their impact on CO₂ capture rate. The evaluation of key performance indicators (KPIs), including CO₂ capture rate, lean and rich loading, and the electrical efficiency of the NGCC power plant, was based on the base case scenario. Additionally, pinch analysis was utilized to optimize heat integration within the system, thereby minimizing external heating and cooling requirements and improving overall energy recovery. 

The study reveals that achieving a 90% CO₂ capture rate imposes a significant energy penalty, consuming nearly half of the power plant's total output. This penalty reduces the plant’s electrical efficiency from 43% to 22%, with the energy being diverted not only to the CO₂ capture process itself but also to auxiliary processes such as the air separation unit (ASU) for oxygen production in the calciner and CO₂ compression for liquefaction. These processes collectively contribute to the substantial decrease in available power for electricity generation. The calculated Specific Primary Energy Consumption for CO₂ Avoided (SPECCA) value of 3.85 MJ/kg-CO₂ for the NGCC integrated with NaOH absorption was a bit higher than for NGCC integrated with amine absorption (3.45 MJ/kg-CO₂), highlighting the higher energy penalty of the NaOH-based process. Additionally, heat integration optimization using pinch analysis significantly reduced external heating and cooling requirements, improving energy recovery within the system. 

While alkali-based carbon capture shows promise for achieving high CO₂ capture rates the NGCC systems, the study concludes that precise optimization of operational parameters is essential to minimize energy penalties and enhance the feasibility of large-scale emission reduction in power plants.