Optimización del proceso de separación de gases por membranas: determinación del número óptimo de etapas de membrana y condiciones de operación para la captura de co 2 a partir de gases efluentes de plantas de generación de electricidad a base de carbón

Abstract

Este trabajo trata sobre la optimización del diseño del proceso de captura de CO2 por membranas a partir de gases generados en una planta de combustión de carbón. Diferentes configuraciones alternativas son embebidas simultáneamente en una superestructura a partir de la cual se deriva el modelo matemático que permite determinar la configuración óptima del proceso de separación, el área de membrana y consumo de potencia en cada etapa, y las correspondientes condiciones de operación.Precisamente, se propone minimizar el área total de membrana, adoptando como metas de diseño una recuperación de CO2 del 85.00% y pureza de 98.00% en la corriente enriquecida de CO2. Dicho problema se resolverá para dos tipos de flujos: contra-corriente y co-corriente. Las soluciones óptimas obtenidas para cada tipo de flujo son analizadas y comparadas en términos de la distribución de áreas, flujos, composiciones y la contribución individual de cada compresor al consumo total de potencia.This work deals with the optimal design of membrane-based separation processes for CO2 capture from coal fired power plant flue gasses. Different alternative configurations are simultaneously embedded in a superstructure from which a mathematical model is derived with the main aim to determine the optimal configuration of the separation process, the membrane area and the power consumption in each stage, and the corresponding operating conditions. Precisely, the total membrane area is proposed for minimization, assuming as main design targets, 85 % CO2 recovery and 98 % of purity on the CO2-rich stream. The mentioned problem will be solved for two flow types: counter-current and co-current. The optimal solutions obtained for each flow type will be analyzed and compared in terms of membrane area distribution, flows, compositions and the individual contribution of each compressor to the total power consumption.