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Multi-objective optimization of a hybrid carbon capture plant combining a Vacuum Pressure Swing Adsorption (VPSA) process with a Carbon Purification unit (CPU)

变压吸附 吸附 过程(计算) 碳纤维 摇摆 单位(环理论) 工艺工程 活性炭 化学工程 材料科学 环境科学 化学 计算机科学 机械工程 工程类 复合材料 复合数 有机化学 操作系统 数学教育 数学
作者
Alexis Costa,Arnaud Henrotin,Nicolas Heymans,Lionel Dubois,Diane Thomas,Guy De Weireld
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:493: 152345-152345 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.152345
摘要

The imperative challenge posed by climate change requires urgent actions to counteract the harmful effects of greenhouse gas emissions, particularly CO2, which contributes to approximately 80 % of emissions responsible for global warming. A hybrid system combining Vacuum Pressure Swing Adsorption (VPSA) unit with a Cryogenic Carbon Purification Unit (CPU) is evaluated to enhance recovery and purity of CO2 captured from flue gas containing CO2 concentration ranging from 5 % to 20 %. VPSA preconcentrates the CO2 and CPU completes the separation and purifies the CO2. The study uses surrogate models for multi-objective optimization, considering energy consumption, cost, and CO2 recovery, providing a time-efficient approach for investigating computationally demanding processes. Results from the study indicate that the hybrid system achieves over 90 % recovery for flue gas concentration range considered, while ensuring the production of high-purity CO2 (>99.99 %) suitable for transportation. A trade-off analysis reveals the balance between recovery, electricity consumption, and economic viability. A sensitivity analysis identifies parameters influencing recovery and energy consumption, providing guidance for future optimization efforts. The techno-economic analysis highlights the impact of electricity prices and carbon taxes on total costs, identifying an optimum towards higher recovery values under rising carbon taxes. Furthermore, the research underscores concentration-dependent economic feasibility, emphasizing the attractiveness of concentrations above 10 % compared other technologies, which require higher concentrations. For an electricity price of 75 €.MWh−1, the total cost of the CO2 capture hydride system considering CO2 emissions with carbon tax of 100 €.tCO2-1 for concentrations ranging from 10 % to 20 % is from 123 to 80 €.tCO2-1, respectively. The analysis of the electricity source shows the importance of a low-carbon emission energy mix for optimal carbon emissions reduction.
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