A Study of Post-Combustion Point Source Carbon Capture by Chemical Absorption to Develop a Technology Selection Matrix
Author
Møller, Jeppe Winther
Term
4. term
Education
Publication year
2025
Submitted on
2025-05-28
Pages
69
Abstract
This thesis compares three mature chemical absorption–based carbon capture technologies for post-combustion point sources: Monoethanolamine (MEA), Potassium Carbonate with Carbonic Anhydrase (PCCA), and the Chilled Ammonia Process (CAP). A selection matrix tool was developed to evaluate these options across standardized flue gas compositions from waste incineration, biomass, and natural gas. Equilibrium-based process models were built in Aspen Plus, and a parametric study identified optimal operating conditions. Performance was assessed using key indicators such as CO2 recovery, energy use, and fresh solvent and water makeup. The results show that CAP has the lowest energy and water demands, while PCCA is highly adaptable due to low-temperature regeneration. Heat-integration analyses further examined how each technology could be fitted into different plants. In a real-world waste-to-energy case, the tool was applied under practical constraints (including district heating). The updated net electricity outputs were -0.2, 5.0, 4.8, and 2.2 MW for MEA, PCCA, CAP, and PCCA with an integrated high-temperature heat pump, respectively. PCCA was identified as the optimal option because it minimized the impact on electricity generation while meeting the district heating constraint. The study concludes that the selection matrix provides a robust screening framework to identify the most suitable carbon capture technology based on technical performance, integration potential, and site-specific constraints.
Dette speciale sammenligner tre modne CO2-fangstteknologier baseret på kemisk absorption: Monoethanolamin (MEA), Kaliumcarbonat med carbonisk anhydrase (PCCA) og den nedkølede ammoniak-proces (CAP) til efterforbrænding fra punktkilder. Vi udviklede et udvælgelsesmatrix-værktøj til at vurdere teknologierne på tværs af standardiserede røggasser fra affaldsforbrænding, biomasse og naturgas. Ligevægtsbaserede procesmodeller blev opstillet i Aspen Plus, og en parametrisk undersøgelse identificerede optimale driftsbetingelser. Ydelsen blev vurderet via nøgletal (KPI’er) som CO2-opsamlingsgrad, energiforbrug samt behov for frisk opløsningsmiddel og vand. Resultaterne viste, at CAP havde det laveste energi- og vandforbrug, mens PCCA var meget fleksibel på grund af regenerering ved lav temperatur. Varmeintegration blev analyseret for at belyse, hvordan teknologierne kan indpasses i forskellige anlæg. I en case på et affald-til-energi-anlæg blev værktøjets anvendelighed testet under praktiske begrænsninger (bl.a. fjernvarme). Den opdaterede netto el-ydelse blev beregnet til -0.2, 5.0, 4.8 og 2.2 MW for henholdsvis MEA, PCCA, CAP og PCCA med integreret højtemperatur-varmepumpe. PCCA blev vurderet som den optimale løsning, fordi den gav den mindste påvirkning af elproduktionen og samtidig overholdt fjernvarmekravet. Specialet konkluderer, at udvælgelsesmatricen er et robust screeningsværktøj til at finde den mest egnede CO2-fangstteknologi ud fra teknisk ydeevne, integrationsmuligheder og anlægsspecifikke begrænsninger.
[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]
Keywords