عنوان

بررسی ترمودینامیکی و بهینه سازی اگزرژی سیستم تولید توان، متانول و الفین های سبک بر پایه گاز شیل

Number

پ۲۶۲۱۴

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

بررسی ترمودینامیکی و بهینه سازی اگزرژی سیستم تولید توان، متانول و الفین های سبک بر پایه گاز شیل

First Statement of Responsibility

حمیدرضا حدادی

Name of Publisher, Distributor, etc.

مهندسی شیمی و نفت

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۴۰۰

Specific Material Designation and Extent of Item

۱۰۰ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

مهندسی شیمی (طراحی فرآیند)

Date of degree

۱۴۰۰/۰۶/۳۰

Text of Note

با پیشرفت اقتصاد و فناوری در جوامع، مسایل مربوط به انرژی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است چراکه عرضه و تقاضای آن از توازن لازم برخوردار نیست. همچنین، مشکلات زیست محیطی و محدودیت ذخایر سوخت‌ های فسیلی به خصوص نفت خام، اهمیت استفاده از سوخت های پاک‌تر و ارزان‌تر در کنار بهینه سازی فرآیندهای تولید را دو چندان نموده است. استفاده از سیستم های تولید چندگانه راهکاری مناسب برای مرتفع نمودن مشکلات یاد شده است. لذا، در سال های اخیر مطالعات گسترده‌ای در این حوزه انجام شده است. این سیستم ها که در کنار تولید توان و حرارت قابلیت ترکیب با واحدهای پتروشیمی را دارند، با ایجاد اثر هم افزایی و کاهش تلفات انرژی بازدهی بالاتری نسبت به نمونه های قدیمی و جدا از هم ارائه می‌کنند. در این میان، امکان استفاده از سوخت های ارزان و پاک‌تر مانند گاز شیل به عنوان خوراک سیستم و تولید مواد با ارزشی چون متانول و الفین، صرفه اقتصادی بیشتری نسبت به روش های مرسوم ارائه می‌دهد. در این پژوهش، با ادغام فرآیندهای تولید متانول و تولید الفین از متانول در کنار استفاده از چرخه شیمیایی ریفرمینگ جهت تولید گاز سنتز و چرخه شیمیایی احتراق برای تامین حرارت و توان موردنیاز، یک سیستم تولید چندگانه با خوراک گاز شیل ارائه و در نرم افزار شبیه ساز فرآیندهای شیمیایی اسپن پلاس شبیه‌سازی شد. سیستم ارائه شده از لحاظ ترمودینامیکی و مفهوم اگزرژی مورد مطالعه قرار گرفت و تاثیر متغیرهای اساسی بر افزایش کارایی و بازدهی به منظور بهینه‌سازی بررسی گردید. بر اساس نتایج به دست آمده با اختصاص 5/71 درصد سوخت ورودی به راکتور ریفرمینگ با آب در چرخه شیمیایی ریفرمینگ ماژولار در نسبت های حامل اکسیژن به سوخت 68/0 و بخار آب به سوخت و نیز کربن دی اکسید به سوخت 61/0 محتوای بهینه گاز سنتز موردنیاز تامین شد. همچنین، جریان پرج بهینه در لوپ سنتز متانول 4 درصد کل جریان گاز خروجی راکتور متانول تعیین شد. افزایش اختصاص متانول تولید شده به فرآیند تبدیل متانول به الفین (MTO) موجب کاهش بازده کلی سیستم گردید و در نهایت با تخصیص 31 درصد از متانول تولید شده به تولید الفین، بازدهی انرژی و اگزرژی کل به ترتیب 3/67 و 5/71 درصد به دست آمد. در این حالت جریان خروجی کربن دی اکسید سیستم حدود 800 کیلومول بر ساعت محاسبه گردید که با توجه به استفاده از چرخه شیمیایی احتراق و جداسازی جریان کربن دی اکسید خالص، میزان انتشار آن به محیط نزدیک به صفر است.

Text of Note

Abstract: With the development of economics and technology in societies, energy issues have became more important because supply and demand are not in necessary balance. Also, environmental problems and limited reserves of fossil fuels, especially crude oil, have doubled the importance of using cleaner and cheaper fuels along with optimizing production processes. The use of multiple generation systems is a suitable solution to solve these problems. Therefore, in recent years, extensive studies have been conducted in this area. In addition to generating power and heat, These systems can be combined with petrochemical units to provide a higher efficiency than older and separate samples by creating a synergistic effect and reducing energy losses. Meanwhile, the possibility of using cheaper and cleaner fuels such as shale gas as system feed and producing valuable materials such as methanol and olefins, is more economical than conventional methods. In this study, by integrating methanol synthesis process and olefin production from methanol along with the use of chemical looping reforming cycle to produce synthesis gas and chemical looping combustion cycle to provide the required heat and power, a multiple production system with shale gas feed simulated in Aspen Plus chemical process modeling software. The proposed system was studied in terms of Thermodynamics and the concept of exergy in order to investigate the effect of main variables on efficiency and effectiveness for optimization. Based on the results obtained by allocating 71.5% of the input fuel to the steam reforming reactor in the modular chemical looping reforming cycle in the ratios of oxygen carrier to fuel 0.68 and water vapor to fuel and also carbon dioxide to fuel 0.61 optimal synthesis gas content required was provided. Also, the optimal purge flow in the methanol synthesis loop was determined to be 4% of the total reactor gas outlet flow. Increasing the allocation of methanol produced to the MTO process reduced the total efficiency, and finally with the allocation of 31% of the methanol produced to olefin production, total energy and exergy efficiency were 67.3% and 71.5%, respectively. The carbon dioxide oulet of system in this condition was about 800 kmol/hr but its emission to environment would be close to zero due to use of chemical looping combustion cycle.

Variant Title

Thermodynamic analysis and exergetic optimization of a combined power generation, methanol and light olefins synthesis system based on shale gas

Entry Element

‏حدادی،

Part of Name Other than Entry Element

حمیدرضا

Relator Code

تهيه کننده

Entry Element

محمدپورفرد،

Entry Element

زینالی،

Part of Name Other than Entry Element

موسی

Part of Name Other than Entry Element

سعید

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Entry Element

‏ تبریز