Sustainable carbon capture in oil refineries

Abstract

Carbon capture is a radical way to reduce greenhouse gas emissions globally to mitigate the effects of climate change when CO2 is stored permanently or utilized sustainably. Modern oil refineries are large stationary emitters, that are accountable of notable share of heavy industry greenhouse gas emissions.

Objectives for this master's thesis are to update information regarding the carbon capture, study CO2 sources at oil refineries, introduce potential capture technologies and their sustainability assessments. The goal of the life cycle assessment is to determine the carbon footprint and emission profile of selected technologies and compare their effectiveness to capture CO2 based on their own environmental impacts. In the empirical part, a life cycle assessment is conducted for CO2 capture from the hydrogen production. Amine absorption was selected as a base technology and physical absorption and fixed bed adsorption as comparable technologies, that are applied to stream after hydrogen production. Life cycle assessment results show that carbon footprints of the compared technologies are smaller than amine absorption.

CO2 capture could be applied to CO2 concentrated refinery streams and it may become a necessity in the near future. However, incentives, regulatory and political framework are needed for wide scale adoption.

Hiilen talteenotto on radikaali tapa vähentää kasvihuonekaasupäästöjä maailmanlaajuisesti ja hillitä ilmastonmuutosta, kun talteenotettu CO2 varastoidaan pysyvästi tai hyötykäytetään kestävästi. Modernit öljynjalostamot ovat suuria päästölähteitä, mitkä ovat vastuussa huomattavasta osasta raskaan teollisuuden kasvihuonekaasupäästöistä.

Tämän diplomityön tarkoitus on päivittää tietoa hiilen talteenotosta, perehtyä erilaisiin CO2 lähteisiin öljynjalostamoilla ja niiden potentiaalisiin talteenottotekniikoihin sekä niiden kestävyyarviointiin. Elinkaariarvioinnin tarkoitus on määrittää valittujen tekniikoiden hiilijalanjäljet ja päästöprofiilit sekä vertailla niiden tehokkuutta talteenottaa CO2 niiden omien ympäristövaikutusten perusteella. Empiirisessä osassa tehdään elinkaariarviointi vedyntuotannossa syntyvän hiilidioksidin talteenotolle. Vertailu talteenottotekniikaksi valittiin yleisesti käytössä oleva amiini absorptio, vertailtaviksi talteenottotekniikoiksi fysikaalinen absorptio ja kiintopeti adsorptio, jotka kaikki sijaitsevat vedyn erotuksen jälkeisessä virrassa. Elinkaariarvioinnin tulokset osoittavat että vertailtavien tekniikoiden hiilijalanjäljet ovat pienemmät kuin amiini tekniikalla.

CO2 talteenottoa voitaisiin hyödyntää jalostamoiden konsentroituneisiin CO2 virtoihin ja siitä voi tulla pakollista lähitulevaisuudessa. Kannustimia, lainsäädännöllistä ja poliittista kehystä kuitenkin tarvitaan laaja-alaiseen käyttöönottoon.