Oxygen production routes assessment for oxy-fuel combustion

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作者
Sebastián García,C. Ortiz,A. Carro,Ricardo Chacartegui,Luis A. Pérez‐Maqueda
出处
期刊:Energy [Elsevier BV]
卷期号:254: 124303-124303 被引量:56
标识
DOI:10.1016/j.energy.2022.124303
摘要

Oxyfuel combustion is a promising alternative to decarbonize the power sector. However, the main barrier to commercial deployment of the technology is the high energy consumption associated with oxygen production (∼200–300 kWh per ton of O 2 ), which penalizes the thermal-to-electric efficiency of 8.5–12% compared to traditional air combustion plants. Typically, oxygen is obtained from a cryogenic air separation process. However, other technologies have been gaining momentum in recent years, such as membrane technologies, chemical looping air separation, and renewable-driven electrolysis. The present work evaluates all these options for O 2 production to retrofit a 550 MWe coal-fired power plant with oxyfuel combustion. A techno-economic assessment is carried out to estimate the energy penalty, the O 2 production cost (€/ton) and the Levelized Cost of Electricity. The best results are obtained by combining oxygen transport membranes and electrolysis since the energy consumption has been reduced to 98.56 kWh/ton of O 2 , decreasing by 59.31% the cryogenic distillation energy consumption (242.24 kWh/ton O 2 ), reducing the overall energy penalty compared to cryogenic air separation from 8.88% points to 7.56%points. The oxygen transport membrane presents the lowest cost of electricity in retrofitting cases, 51.48 $/MWh, while cryogenic distillation estimated cost is 52.7 $/MWh. Their costs of avoided CO 2 are 31.79 $/ton CO 2 and 34.15 $/ton CO 2 respectively. • Assessment of different O2 production technologies to retrofit a 550 MWe power plant. • Membranes can decrease the specific energy consumption below 100 kWh/ton of O2. • Renewable-driven electrolysis is not enough to satisfy the oxygen demand at a large scale. • Significant reduction in energy penalty using membranes instead of cryogenic distillation. • The cost of CO2 avoided can be reduced below 35 $/ton.
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