Эксергетический анализ синтеза ДМЭ из CO2 и возобновляемого водорода

Улавливание и утилизация углерода (CCU) представляет собой приемлемое решение для использования CO2, уловленного из дымовых газов промышленных установок, что позволяет избежать его выброса и синтезировать продукты с высокой добавленной стоимостью. Однако использование CO2 в качестве реагента в химических процессах является сложной задачей, поэтому для оценки реального воздействия технологий CCU с точки зрения эффективности и экологического следа необходим строгий анализ их характеристик. В данной работе оценивалась энергетическая эффективность процесса синтеза ДМЭ и метанола, в который подавались 25% CO2, уловленного на электростанции комбинированного цикла с использованием природного газа (NGCC), и зеленый водород, произведенный электролизером. Оставшиеся 75% CO2 сжимались и закачивались на подземное хранение. Процесс оценивали с помощью эксергетического анализа и сравнивали с посткомбустионным улавливанием и хранением углерода (CCS), при котором 100% уловленного CO2 хранилось под землей. Эксергетический анализ позволил количественно оценить снижение качества энергии и выявить источники необратимости. Источником выбросов углерода была энергетическая установка Брайтона—Жуля мощностью 189 МВт, которая в основном отвечала за разрушение эксергии. Конфигурация CCU характеризовалась более высокой эксергетической эффективностью по сравнению с CCS, но также большим разрушением эксергии в расчете на единицу невыброшенного диоксида углерода. На установке производства ДМЭ/метанола наибольший вклад в разрушение эксергии вносила ректификационная колонна, разделяющая выходной поток реактора; в частности, конденсатор верхней ступени оказался компонентом с наибольшей необратимостью, составляющей 45% от общего значения. Кроме того, реактор синтеза метанола/ДМЭ разрушал значительное количество эксергии (24%). В целом синтез ДМЭ/метанола из CO2 и зеленого водорода является осуществимым с эксергетической точки зрения: на 1 МДж разрушенной эксергии приходится 2,276 МДж полученной энергии.