Simulation-based techno-economic optimization of CO2 liquefaction processes in Aspen HYSYS
Author
Cakartas, Mustafa
Term
4. term
Education
Publication year
2024
Submitted on
2024-05-30
Pages
47
Abstract
Kulstofopsamling og -lagring (CCS) kræver, at CO2 konditioneres effektivt mellem opsamling og skibsbaseret transport. Denne afhandling undersøger, hvordan forskellige flydendegørelsesprocesser kan minimeres i omkostning ved hjælp af modelsimulering og optimering. Fire konfigurationer—intern køling, ekstern køling, forkølet Linde-Hampson og Linde dobbelttryk—blev modelleret i Aspen HYSYS for at opnå flydende CO2 ved 7 og 15 bar. Processerne blev efterfølgende optimeret i MATLAB med partikel-sværm-optimering (PSO), hvor målfunktionen var den nivellerede omkostning for CO2-flydendegørelse (LCOCL). Resultaterne viser, at ekstern køling ved 15 bar er den mest omkostningseffektive løsning blandt de undersøgte muligheder med 19.88 $/tCO2, mens intern køling ved 7 bar er dyrest med 26.62 $/tCO2. En efterfølgende case viste, at hvis kompressorkøb vurderes som flerstadiekompressorer, reduceres LCOCL yderligere til henholdsvis 17.69 og 24.37 $/tCO2. Studiet leverer et sammenligneligt grundlag for valg af proces og driftstryk ved skibstransport af CO2 og peger på ekstern køling ved 15 bar som et lovende valg inden for de analyserede scenarier.
Carbon Capture and Storage (CCS) requires efficient CO2 conditioning between capture and ship-based transport. This thesis examines how the cost of CO2 liquefaction can be minimized through process simulation and optimization. Four process configurations—internal refrigeration, external refrigeration, precooled Linde–Hampson, and Linde dual-pressure—were modeled in Aspen HYSYS to produce liquid CO2 at 7 and 15 bar. The configurations were then optimized in MATLAB using Particle Swarm Optimization (PSO), with the objective defined as the Levelized Cost of CO2 Liquefaction (LCOCL). Results indicate that external refrigeration at 15 bar is the most cost-effective option among those studied at 19.88 $/tCO2, while internal refrigeration at 7 bar is the most expensive at 26.62 $/tCO2. A subsequent case study, which accounted for compressor purchase costs using multi-stage compressors, further reduced LCOCL to 17.69 and 24.37 $/tCO2, respectively. The study provides a consistent basis for selecting process and pressure for ship transport of CO2 and highlights external refrigeration at 15 bar as a promising choice within the analyzed scenarios.
[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]
Keywords
Documents