55 / 76
53
Doğalgaz •
Mayıs / Haziran 2017
da ayrıştırılmış olan H
2
, sistemde ilave ön ısıtma sağlamak ama-
cıyla ve destekleyici yakıtın bir parçası olarak (ve böylece gerekli
doğal ihtiyacını azaltarak) geri kazanılır.
ECM temelli CEPACS sistem teknolojisi ve mevcut membran
ve amin temizleme teknolojileri (rakip teknolojiler) arasındaki te-
mel fark ECM temelli sistemde CO
2
ayrıştırması sırasında elektrik
enerjisi üretilmesidir. Mevcut bir tesisin baca gazındaki CO2’nin
ayrıştırılması ve de aynı zamanda sinerjik bir şekilde temiz elektrik
üretilmesi başka hiç bir karbon yakalama teknolojisinde görülme-
mektedir.
2. VAKA ÇALIŞMASI: 550 MW REFERANS TOZLAŞMIŞ KÖMÜR
(TK) ELEKTRİK ÜRETİM TESİSİNDE %90 CO
2
YAKALAMAYA
YÖNELİK CEPACS SİSTEMİ
Bu çalışmada referans olarak bir 550 MW (net AC) Tozlaşmış
Kömür Rankin Çevrimli elektrik üretim tesisine, TK tesisinin baca
gazından çıkan CO
2
’nin %90’dan fazlasını y(sekuastrasyon ya da
faydalı kullanım için) yakalamak ve sıkıştırmak amacıyla ECM-te-
melli bir CEPACS kurulumu yerleştirilmiştir. Bu çalışma ABD Enerji
Bakanlığı – NETL (Ulusal Enerji Teknoloji Laboratuvarı) tarafından
hazırlanmış olan ‘Fosil Enerjiyle Çalışan Tesislerde Maliyet ve Per-
formans Kriterleri, Bölüm I: Bitümlü Kömür ve Doğal Gazdan Elekt-
riğe, Revizyon 2’ başlıklı raporu ile uyumlu şekilde gerçekleştirilmiş
olup spesifik olarak referans alınan raporun 9 ve 10 numaralı vaka
çalışmaları ile teknik ve ekonomik karşılaştırma yapmaya odak-
lanmıştır. Şekil 3 referans TK tesisine uygulanmış olan CEPACS
sürecinin blok akış şemasını göstermektedir. TK tesisi Baca Gazı
Desülfürizasyon (FGD) ünitesinden gelen baca gazı ilk önce top-
lam sülfür miktarını 1 ppmv’nin altına düşürmek amacıyla ikincil bir
cilalama FGD ünitesinden geçirilir. Bunun ardından temizlenmiş
olan baca gazı ECM modüllerine girmeden önce ön ısıtmaya tabii
tutulur. ECM modülleri içerisinde CO
2
membranın katod tarafından
anod tarafına aktarılır. CO
2
’den arındırılmış olan baca gazı (katod
egzozu) bunun ardından atmosfere salınır. ECM modüllerinde CO2
ayrışımını tetiklemek amacıyla destekleyici yakıt olarak doğal gaz
uygulanır ve bu da süreçte ilave elektrik üretimi sağlar. ECM-ay-
rıştırılmış CO
2-
zengin akıntı (anod egzozu), CO
2
’yi sıvılaştırmak ve
ardından H
2
’yi akıntıdan ayrıştırmak amacıyla soğutulur (su bu-
harı kondanse etmek için), sıkıştırılır ve soğutulur. Geri kazanılan
su, (doğal gaz yeniden üretimi için gerekli olan) buhar üretimi için
kullanılır. Bu çalışmada, ayrıştırılan H
2
sistem içerisinde geri dönü-
şüme tabii tutulur. Ancak CEPACS sistemi, katma değerli bir ürün
olarak H
2
üretimi için kolayca yapılandırılabilmektedir. Bunun ar-
dından sıvı CO
2
akıntısı (pompalama vasıtası ile) sekuastrasyon ve
faydalı kullanım için kolayca basınçlandırılabilir.
Sistem konfigürasyonları, simülasyonları ve analizleri, CEPACS
tesisi kavramsal tasarımını yönlendirmek amacıyla CHEMCAD süreç
simülasyon yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Süreç simülasyonları la-
boratuvar-ölçekli test ile gerçekleştirilen ECM performansı temelinde
geliştirilmiştir. Önde gelen Yardımcı Santral Sistemleri üreticileri tara-
fından sağlanan teknik bilgi sistem analizleri için kullanılmıştır. Perfor-
mans değerlendirme süreci %90’dan fazla CO
2
yakalama ve sıkıştırma
amacıyla parazitik güç tüketiminin ve Tozlaşmış Kömür santralinin
verimlilik etkisinin tahmin hesaplamalarını içermektedir. 550 MW TK
Santraline uygulanan ECM temelli CEPACS sistemi bir yandan baca
gazından %90’dan fazla CO
2
yakalarken, eş zamanlı olarak ilave (net
AC) 421 MW elektrik üretmektedir. Santralden çıkan CO
2
emisyonları
107 lb/MWh olup bu rakam, referans santrale göre %94’lük azalma
anlamına gelmektedir. CEPACS sistemine (CO
2
yakalama için) sahip
olan TK santralinin net elektriksel verimliliğinin %39.0 olduğu hesap-
lanmıştır (TK tesisi ve CEPACS tesisi için kullanılan sırasıyla kömür ve
doğal gaz yakıtlarının daha yüksek ısıtma değerleri temelinde). Bu
oran, CO
2
yakalama özelliğine sahip olmayan başlangıç TK santraline
kıyasla net elektriksel verimlilikte %6.0’lık artışa denk gelmektedir.
Ekonomik fizibilite çalışması CEPACS santral sermaye maliye-
tini, elektrik maliyeti analizlerini ve yakalanan ve engellenen C0
2
tonu başına maliyet hesaplamalarını içermektedir. AECOM Corpo-
ration maliyet tahminlerini sağlayıcı firmalardan aldığı fiyat teklif-
leri ve kendi veri tabanlarındaki tarihsel ekipman maliyet verileri
temelinde gerçekleştirmiştir. Detaylı ekonomik analizler yayımla-
nan DOE-NETL yönergeleri uyarınca gerçekleştirilmiştir. Şekil 4(a)
ABD Doları cinsinden 2007 yılında her bir vaka için hesaplanmış
olan ekipman maliyetini komponent ve marjinal ekipman maliyeti
(vaka 1 temelinde) kırılımında göstermektedir. CEPACS sistemine
sahip toz kömür santral kurulumu (Vaka 3) karbon yakalama öze-
liğine sahip bütün vakalar arasında 80.4 mills/kWh ile en düşük
ekipman maliyetini sunmaktadır. Vaka 3 için olan marjinal ekipman
maliyeti %34.5’dir. Şekil 4(b), ABD doları cinsinden 2011 yılı için ve
Enerji Bakanlığı hedeflerine kıyas amacıyla, yakalanan ve engel-
lenen CO
2
tahmini maliyetini göstermektedir. CEPACS sisteminin
Şekil 3.
550 MW Tozlaşmış Kömür Tesisine Uygulanmış olan CEPACS Sistemi Blok Akış Şeması
Elektrik Üretimi
Elektrik Üretimi
Kömürle
Çalışan Santral
CO
2
İçeren
Baca Gazı
CO
2
sekuastrasyona ya
da endüstriyel
kullanıma gönderilir
CO
2
saflaştırma ve
sıkıştırma
Anod
Egzoz
Soğutma
Isı
Geri
Kazanımı
Egzoz
(CO
2
ve
NO
2
’den
ayrıştırılmış
gaz)
Elektrokimyasal
Membran
Yakıt
Geri
Kazanılmış
Su
Yakıt ve
Su
Ön Isıtma
Su
Geri
Kazanımı
Anod
Katod
SO
2
Ayrıştırma
Ön Isıtma