شبیه‌سازی واحد جذب دی‌اکسید کربن از گاز اتان پتروشیمی امیرکبیر و ارائه ساختاری بهینه برای کاهش مصرف انرژی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران.

2 گروه مهندسی مکانیک - پلیمر، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه لرستان ، خرم آباد، ایران

چکیده

در سال‌های اخیر با توجه به محدودیت‌های زیست محیطی برای گازهای گلخانه‌ای، راهکارهای متعددی به منظور کاهش انتشار دی-اکسید کربن از جمله ارتقاء راندمان فرایند، بازیابی و استفاده مجدد آن در واحدهای عملیاتی ارائه شده است. در این مقاله یک ساختار بهینه برای کاهش مصرف یوتیلیتی‌های بخار و آب خنک‌سازی واحد جذب دی‌اکسید کربن پتروشیمی امیرکبیر ارائه شده است و نتایج شبیه‌سازی با ساختار فعلی تأمین انرژی این پتروشیمی مقایسه شدند. اعتبارسنجی شبیه‌سازی نشان داد که مدل ارائه شده دارای خطایی کمتر از 3% می‌باشد. طبق تحلیل‌های انجام شده شدت انرژی مصرفی ریبویلر برای فرایند پیشنهادی 49/49% کاهش یافته است. علاوه بر این آنالیزها حاکی از این بود که ساختار پیشنهاد شده قادر است تا مصرف انرژی سرمایشی را در چگالنده برج دفع و کولر حلال به ترتیب 53/52% و 84/76% کاهش دهد. بر همین اساس آنالیز اقتصادی نیز انجام گرفت و مشخص شد که هزینه تأمین بخار و آب خنک‌سازی در فرایند پیشنهادی 88/50% و 59/53% کمتر بوده و در مجموع با یک کاهش 05/51% مواجه شده است. آنالیز حساسیت نیز نشان داد که فشار انبساط جریان حلال تمیز با دیوتی ریبویلر و هزینه بخار مصرفی رابطه مستقیم دارد. علاوه بر این مشخص گردید که افزایش دمای خوراک برج دفع نیز یکی دیگر از پارامترهایی است که باعث کاهش مصرف انرژی ریبویلر و آب خنک‌سازی در کولر حلال می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


[1] Chao, Cong, Yimin Deng, Raf Dewil, Jan Baeyens, and Xianfeng Fan (2021) "Post-combustion carbon capture." Renewable and Sustainable Energy Reviews 138, 110490.
 
[2] Liu, Ru‐Shuai, Xiao‐Dong Shi, Cheng‐Tong Wang, Yu‐Zhou Gao, Shuang Xu, Guang‐Ping Hao, Shaoyun Chen, and An‐Hui Lu (2021) "Advances in post‐combustion CO2 capture by physical adsorption: from materials innovation to separation practice." ChemSusChem 14(6), 1428-1471.
 
[3] Kwak, Dong-Hun, Michael Binns, and Jin-Kuk Kim (2014) "Integrated design and optimization of technologies for utilizing low grade heat in process industries". Applied energy 131, 307-322.
 
[4] Han, Yongming, Hao Wu, Zhiqiang Geng, Qunxiong Zhu, Xiangbai Gu, and Bin Yu (2020) "Energy efficiency evaluation of complex petrochemical industries." Energy 203, 117893.
 
[5] Hu, Yukun, and Jinyue Yan (2012) "Characterization of flue gas in oxy-coal combustion processes for CO2 capture". Applied Energy 90, 113-121.
 
[6] Hong, Wan Yun (2022) "A techno-economic review on carbon capture, utilisation and storage systems for achieving a net-zero CO2 emissions future." Carbon Capture Science & Technology 3, 100044.
 
[7] Abotaleb, Ahmed, Muftah H. El-Naas, and Abdukarem Amhamed (2018) "Enhancing gas loading and reducing energy consumption in acid gas removal systems: A simulation study based on real NGL plant data." Journal of Natural Gas Science and Engineering 55, 565-574.
 
[8] Wu, Xiao, Meihong Wang, Peizhi Liao, Jiong Shen, and Yiguo Li (2020) "Solvent-based post-combustion CO2 capture for power plants: A critical review and perspective on dynamic modelling, system identification, process control and flexible operation." Applied Energy 257, 113941.
 
[9] Zhang, Rui, Xiaowen Zhang, Qi Yang, Hai Yu, Zhiwu Liang, and Xiao Luo (2017) "Analysis of the reduction of energy cost by using MEA-MDEA-PZ solvent for post-combustion carbon dioxide capture (PCC)". Applied Energy 205,1002-1011.
 
[10] Artanto, Yuli, James Jansen, Pauline Pearson, Graeme Puxty, Aaron Cottrell, Erik Meuleman, and Paul Feron (2014) "Pilot-scale evaluation of AMP/PZ to capture CO2 from flue gas of an Australian brown coal–fired power station". International journal of Greenhouse Gas control 20, 189-195.
 
[11] Dash, Sukanta K., Bikash K. Mondal, Amar N. Samanta, and Syamalendu S. Bandyopadhyay (2015) "Post-Combustion CO2 capture with sulfolane based activated alkanolamine solvent". In Computer Aided Chemical Engineering 37, 521-526.
 
[12] Prentza, L., I. P. Koronaki, and M. T. Nitsas (2018) "Investigating the performance and thermodynamic efficiency of CO2 reactive absorption–A solvent comparison study". Thermal Science and Engineering Progress 7, 33-44.
 
[13] Ghanbarabadi, Hassan, Behnam Khoshandam, and David A. Wood (2019) "Simulation of CO2 removal from ethane with Sulfinol-M+ AMP solvent instead of DEA solvent in the South Pars phases 9 and 10 gas processing facility". Petroleum 5, 90-101.
 
[14] Ghanbarabadi, Hassan, Behnam Khoshandam, and David A. Wood (2019) "Simulation of CO2 removal from ethane with Sulfinol-M+ AMP solvent instead of DEA solvent in the South Pars phases 9 and 10 gas processing facility". Petroleum 5, 90-101.
 
[15] Sanni, Samuel Eshorame, Oluranti Agboola, Omololu Fagbiele, Esther Ojima Yusuf, and Moses Eterigho Emetere (2020) "Optimization of natural gas treatment for the removal of CO2 and H2S in a novel alkaline-DEA hybrid scrubber". Egyptian Journal of Petroleum 29, 83-94.
 
[16] Zheng, Yicheng, Dongfang Guo, Lihu Dong, and Jian Chen (2011) "Simulation and pilot plant measurement for CO2 absorption with mixed amines". Energy Procedia 4, 299-306.
 
[17] Le Moullec, Y., and M. J. E. P. Kanniche (2011) "Optimization of MEA based post combustion CO2 capture process: Flowsheeting and energetic integration". Energy Procedia 4, 1303-1309.
 
[18] Le Moullec, Yann, Thibaut Neveux, Adam Al Azki, Actor Chikukwa, and Karl Anders Hoff (2014) "Process modifications for solvent-based post-combustion CO2 capture". International Journal of Greenhouse Gas Control 31, 96-112.
 
[19] Aromada, Solomon Aforkoghene, and Lars Erik Øi (2017) "Energy and economic analysis of improved absorption configurations for CO2 capture". Energy Procedia 114,1342-1351.
 
[20] Øi, Lars Erik, Terje Bråthen, Christian Berg, Sven Ketil Brekne, Marius Flatin, Ronny Johnsen, Iselin Grauer Moen, and Erik Thomassen (2014) "Optimization of configurations for amine based CO2 absorption using Aspen HYSYS". Energy Procedia 51, 224-233.
 
[21] Documents of Amir Kabir Petrochemical Company, Olefin Plant, MEA Wash Unit.
 
[22] Laribi, Sinda, Lionel Dubois, Guy De Weireld, and Diane Thomas (2019) "Study of the post-combustion CO2 capture process by absorption-regeneration using amine solvents applied to cement plant flue gases with high CO2 contents". International Journal of Greenhouse Gas Control 90, 102799.
 
[23] Roussanaly, Simon, Chao Fu, Mari Voldsund, Rahul Anantharaman, Maurizio Spinelli, and Matteo Romano (2017) "Techno-economic analysis of MEA CO2 capture from a cement kiln–impact of steam supply scenario". Energy Procedia 114, 6229-6239.
 
[24] Gervasi, Julien, Lionel Dubois, and Diane Thomas (2014) "Simulation of the post-combustion CO2 capture with Aspen HysysTM software: study of different configurations of an absorption-regeneration process for the application to cement flue gases". Energy Procedia 63, 1018-1028.
 
[25] Dubois, Lionel, and Diane Thomas (2017) "Simulations of various configurations of the post-combustion CO2 capture process applied to a cement plant flue gas: parametric study with different solvents". Energy Procedia 114, 1409-1423.
 
[26] Dubois, Lionel, and Diane Thomas (2018) "Comparison of various configurations of the absorption-regeneration process using different solvents for the post-combustion CO2 capture applied to cement plant flue gases". International Journal of Greenhouse Gas Control 69, 20-35.
 
[27] Aspen Technology Inc, Aspen HYSYS Version 10.0, (2017) [Online]. Available: https://www.aspentech.com.
 
[28] Xin, Kun, Fausto Gallucci, and Martin van Sint Annaland (2020) "Optimization of solvent properties for post-combustion CO2 capture using process simulation". International Journal of Greenhouse Gas Control 99, 103080.
 
[29] Abdelaziz, Omar Y., Wafaa M. Hosny, Mamdouh A. Gadalla, Fatma H. Ashour, Ibrahim A. Ashour, and Christian P. Hulteberg (2017) "Novel process technologies for conversion of carbon dioxide from industrial flue gas streams into methanol". Journal of CO2 utilization 21, 52-63.
 
[30] Luyben, William L. (2012) Principles and case studies of simultaneous design. John Wiley & Sons.