Exergetic analysis of a continuous plant for the hydrothermal reduction of CO2 into formate

Abstract

La captura y utilización de carbono puede mitigar los problemas causados ​​por las emisiones de CO2, al mismo tiempo que se obtienen productos valiosos de la conversión de CO2. Mediante la reducción de CO2 en condiciones hidrotermales (T = 275 °C, P = 200 bar), se pueden lograr altos rendimientos de conversión de CO2 a formiato de hasta el 70 % en tiempos de reacción de 1 h. Esta tecnología se puede implementar como un proceso continuo en grandes plantas de producción de CO2, y para este propósito la optimización energética del proceso es esencial para hacerlo técnica y económicamente viable. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo es evaluar la eficiencia termodinámica y el coste de las diferentes unidades involucradas en la conversión hidrotermal de CO2 en formiato. Se aplicaron balances exergéticos a las unidades principales de una planta continua para la reducción hidrotermal de CO2 en formiato. Se calcularon la eficiencia exergética, la tasa de potencial de mejora exergética, los costes exergoeconómicos y el índice de sostenibilidad junto con la tasa de destrucción exergética en las principales unidades del proceso. La exergía específica destruida por kg de formiato producido se calculó en 6260 kJ/kg. Los resultados mostraron que la mayor tasa de destrucción de exergía tuvo lugar en el reactor, representando el 69% de la destrucción total de exergía en la planta. Aunque esta tasa de destrucción aumentó con la conversión en el reactor, en términos de la eficiencia general y el coste exergético del proceso, es aconsejable una conversión alta por encima del 70%. También se evaluó la eficiencia exergética de cada unidad junto con la tasa de potencial de mejora exergética. La eficiencia más baja se identificó en la bomba con un valor de 0,44. En el caso del rendimiento exergoeconómico, el reactor mostró la tasa de coste más alta representando el 67% de los costes totales. La tasa de coste exergoeconómico total fue de 2,3 €/kg de formiato producido.