ORIGINAL PAPER
Economic profitability analysis of the use of zeolite sorbents in mercury removal technologies
Renata Koneczna 1  
,   Robert Żmuda 2  
,   Łukasz Lelek 2  
,   Magdalena Wdowin 1  
 
More details
Hide details
1
Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences, Poland
2
SBB Energy S.A., Poland
CORRESPONDING AUTHOR
Magdalena Wdowin   

Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences, Wybickiego 7A, 31-261, Kraków, Poland
Submission date: 2020-03-03
Final revision date: 2020-03-12
Acceptance date: 2020-03-13
Publication date: 2020-03-31
 
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2020;23(1):103–118
 
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
Mercury emissions have become one of the problems in the energy sector in recent years. The currently used mercury removal techniques include: primary, secondary and preliminary methods. However, due to the large variation in the mercury content in hard and brown coal and the different characteristics of power plants, these methods are often not effective enough to meet the new requirements set by BREF/BAT which requires a search for new, high-efficiency solutions. The proposal for a new technology has been developed in the project “Hybrid Adsorption Systems to Reduce Mercury Emissions Using Highly Effective Polymer Components” (HYBREM). The project was implemented by the consortium of SBB Energy SA and ZEPAK Pątnów II Power Plant. An innovative, high-efficiency hybrid technology for purifying exhaust gases from mercury was developed. GORE polymer modules were used as a technology base where, in combination with the injection of solid sorbents, a hybrid technology was developed. To assess the economic efficiency of the similar case as in the HYBREM project model based on OPEX and CAPEX, each method was selected separately. The article focused on the substitution of solid sorbents used in the HYBREM project by zeolite based materials. Modified zeolite X, applied in the project, was derived from fly ash. Preliminary analysis shows that the system of proposed technologies is very cost-competitive compared only to GORE technology. The basic factors are the possibility of recovering zeolites from ash, combined with low investment outlays.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Analiza opłacalności ekonomicznej zastosowania sorbentów zeolitowych w technologiach usuwania Hg
technologie usuwania rtęci, analiza ekonomiczna, studium przypadku, koszty inwestycji, koszty operacyjne
Emisja rtęci w ostatnich latach stała się jednym z problemów sektora energetycznego. Obecnie stosowane techniki usuwania rtęci to: metody pierwotne, wtórne i wstępne. Nie są one wystarczająco skuteczne, aby spełnić nowe wymagania określone przez BREF/BAT, dlatego konieczne jest poszukiwanie nowych, wysokowydajnych rozwiązań. Propozycja nowej technologii została opracowana w ramach projektu „Hybrydowe systemy adsorpcyjne w celu zmniejszenia emisji rtęci za pomocą wysoce skutecznych składników polimerowych” (HYBREM). Projekt został zrealizowany przez konsorcjum SBB Energy SA i Elektrownię Pątnów II. W jego ramach zbudowano innowacyjną, wysokowydajną technologię do oczyszczania gazów spalinowych z rtęci. Zastosowano technologię GORE, która łączy istniejące rozwiązania wykorzystujące wydajne moduły polimerowe oraz system wtrysku stałego sorbentu. Innym rozwiązaniem jest technologia konfiguracji wtrysku sorbentu bez użycia modułów GORE. Aby ocenić efektywność ekonomiczną dla przypadku podobnego jak w projekcie HYBREM, wybrano model oparty na OPEX i CAPEX. Artykuł koncentruje się na zastąpieniu stałych sorbentów stosowanych w projekcie HYBREM materiałami na bazie zeolitów. Zastosowany w projekcie zmodyfikowany zeolit X pochodził z popiołu lotnego. Wstępna analiza pokazuje, że system proponowanych technologii jest bardzo konkurencyjny pod względem kosztów w porównaniu z technologią GORE. Podstawowym czynnikiem sukcesu jest możliwość odzyskiwania zeolitów z popiołu w połączeniu z niskimi nakładami inwestycyjnymi.
 
REFERENCES (26)
1.
AMAP/UNEP 2018. Technical Background Report for the Global Mercury Assessment Arctic Monitoring and Assessment Programme 2018, Oslo, Norway/UNEP Chemicals Branch, Geneva, Switzerland.
 
2.
Assessment of mercury air pollution at regional stations in Poland in 2016 (Ocena zanieczyszczenia powietrza rtęcią na stacjach tła regionalnego w Polsce za 2016 r.) Chief Inspectorate Of Environmental Protection (Główny Inspektorat Ochrony Środowiska), Warszawa 2017 (in Polish).
 
3.
Auerbach et al. 2003 – Auerbach, S.M., Carrado, K.A. and Dutta, P.K. 2003. Handbook of Zeolite Science and Technology. Marcel Dekker Inc. 25–30.
 
4.
Directive 2000. Directive 2000/76/EC Of The European Parliament And Of The Council of 4 December 2000 on the incineration of waste.
 
5.
Directive 2001. Directive 2001/80/EC Of The European Parliament And Of The Council of 23 October 2001 on the limitation of emissions of certain pollutants into the air from large combustion plants.
 
6.
Directive 2008. Directive 2008/1/EC Of The European Parliament And Of The Council of 15 January 2008 concerning integrated pollution prevention and control.
 
7.
Directive 2010. Directive 2010/75/EU Of The European Parliament And Of The Council of 24 November 2010 on industrial emissions (integrated pollution prevention and control).
 
8.
Directive 96. Council Directive 96/61/EC of 24 September 1996 concerning integrated pollution prevention and control directive 2000/76/EC Of The European Parliament And Of The Council of 4 December 2000 on the incineration of waste.
 
9.
EFA 2018. Mercury in Europe’s environment A priority for European and global action, EEA, Copenhagen.
 
10.
EPA 2020. [Online] https://www.epa.gov/ [Accessed: 2020-01-15].
 
11.
Franus W. et al. 2014 – Franus, W., Wdowin, M. and Franus, M. 2014. Synthesis and characterization of zeolites prepared from industrial fly ash. Environmental Monitoring and Assessment 186, pp. 5721–5729.
 
12.
Gore 2020. [Online] www.gore.com [Accessed: 2020-02-15].
 
13.
IPCS 2000. International Chemical Safety Cards 0056, 0978, 0979, 0980, 0981, 0982 and 0984. Geneva, World Health Organization, International Programme on Chemical Safety.
 
14.
Lelek, Ł. and Wdowin, M. 2016. Environmental aspects of the use of Type X modified zeolite from fly ash to capture mercury in a life cycle perspective (Środowiskowe aspekty zastosowania modyfikowanego zeolitu typu X z popiołów lotnych do wychwytywania rtęci w perspektywie cyklu życia). Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk No. 95, pp. 117–128 (in Polish).
 
15.
Lorenz, U. and Grudziński, Z. 2007. Mercury content as a potential factor limiting the utility value of hard coal and lignite (Zawartość rtęci jako potencjalny czynnik ograniczający wartość użytkową węgla kamiennego i brunatnego). Górnictwo i Geoinżynieria 3/1, pp. 335–349 (in Polish).
 
16.
LRTAP 2017. European Union emission inventory report 1990–2015 under the UNECE Convention on Long-range Transboundary Air Pollution (LRTAP).
 
17.
Pacyna E.G. et al. 2010 – Pacyna, E.G., Pacyna, J.M., Sundseth, K., Munthe, J., Wilson, S., Steenhuisen, F. and Maxson, P. 2010. Global emission of mercury to the atmosphere from anthropogenic sources in 2005 and projections to 2020. Atmospheric Environment Vol. 44, Iss. 20, June 2010, pp. 2487–2499.
 
18.
Pacyna J.M. et al. 2008 – Pacyna, J.M., Sundseth, K., Pacyna, E.G., Munthe, J., Belhaj, M., Astrom, S., Panasiuk, D. and Głodek, A. 2008. UNEP Report on A general qualitative assessment of the potential costs and benefits associated with each of the strategic objectives set out in Annex 1 of the report of the first meeting of the Open Ended Working Group (Raport UNEP w sprawie Ogólnej oceny jakościowej potencjalnych kosztów i korzyści związanych z każdym z celów strategicznych określonych w załączniku 1 do sprawozdania z pierwszego spotkania grupy roboczej), UNEP-CBA Report (in Polish).
 
19.
Polish Electricity Committee 2018. The contribution of the Polish energy sector to the implementation of global climate policy (Wkład polskiego sektora energetycznego w realizację globalnej polityki klimatycznej), Warszawa (in Polish).
 
20.
Senior et al. 2000 – Senior, C.L., Helble, J.J. and Sarofim, A.F. 2000. Emissions of mercury, trace elements, and fine particles from stationary combustion sources. Fuel Processing Technology 65–66, pp. 263–288.
 
21.
UNECE 2016. European Union emission inventory report 1990–2015 under the UNECE Convention on Long-range Transboundary Air Pollution (LRTAP).
 
22.
UNEP 2013, Mercury Time to act. [Online] <http://content.yudu.com/A20ki2...> [Accessed: 2013-06-11].
 
23.
Wdowin, M. 2015. Po angielski.... (Zastosowanie zeolitów do separacji CO2 i Hg z gazów odlotowych w procesach wychwytywania i składowania ditlenku węgla). Monografie No. 120, Lublin, 199 p.
 
24.
Wdowin et al. 2014b – Wdowin, M., Franus, M., Panek, R., Badura, L. and Franus, W. 2014b. The conversion technology of fly ash into zeolites. Clean Techn. Environ. Policy 16, pp. 1217–1223.
 
25.
Wichliński M. et al. 2017 – Wichliński, M., Wielgosz, G. i Kobyłecki, R. 2017. Mercury emissions from polish pulverized coal fired boiler (Emisje rtęci z polskiego kotła pyłowego na węgiel). E3S Web of Conferences 14, 02008, pp. 1–8.
 
26.
Żmuda R. et al. 2017 – Żmuda, R., Adamczyk, W., Lelek, Ł., Mandrela, S. and Wdowin, M. 2017. Innovative mercury flue gas treatment technology as a solution to meet the requirements of the BAT/BREF conclusions in the Polish energy sector (Innowacyjna technologia oczyszczania spalin z rtęci jako rozwiązanie sprostania wymogom stawianym przez konkluzje BAT/BREF w polskiej energetyce). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 20, Iss. 4 (in Polish).
 
ISSN:1429-6675