عنوان پایان‌نامه
ارزیابی و تحلیل انرژی و اکسرژی جریان تولید هیدروژن در پالایشگاه و بررسی یک سیستم تبدیل باقی مانده های نفتی به فراورده های سبک
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-انرژی و محیط زیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1732.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74447
- تاریخ دفاع
- ۱۵ اسفند ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمدمسعود شالچی
- استاد راهنما
- امید توکلی
- چکیده
- این پژوهش به تحلیل انرژی و اکسرژی واحد تولید هیدروژن و شبکه هیدروژن پالایشگاه اختصاص دارد. شناسایی فرآیندهای مؤثر در اتلاف انرژی، تخریب انرژی و انتشار CO2 و در کل مشخص کردن وضع موجود از جمله اهداف این پژوهش است. گام بعدی پژوهش بهبود این شرایط برای کاهش اتلاف انرژی، تخریب اکسرژی و کم کردن انتشار CO2 شبکه هیدروژن با توجه به متغیرهای اقتصادی است. در پالایشگاه، فرآیند متداول تولید هیدروژن ریفرمینگ متان می‌باشد. مشکل این واحد تخریب اکسرژی و تولید مقادیر بالای CO2 است. برای انجام تحلیل انرژی و اکسرژی ابتدا نمودار مرجع انرژی واحد تولید هیدروژن ترسیم شده، با توجه به آن مشخص شد که 97% از اتلاف انرژی در لایه ریفرمر رخ می‌دهد. هم‌چنین تجهیز ریفرمر با 55% از کل تخریب اکسرژی واحد هیدروژن، بیش‌ترین تخریب اکسرژی را دارد. این تجهیز با بازدهی اکسرژی %99/46 گزینه‌ای مناسب برای بهبود بازدهی اکسرژی می‌باشد. مرحله بعدی این پژوهش تحلیل انرژی و اکسرژی شبکه هیدروژن می‌باشد. با تشکیل نمودار مرجع انرژی برای آن مشخص شد که بخش تولید هیدروژن با 59% از کل انتشار CO2، بالاترین سهم را در این زمینه دارد. تحلیل انرژی نشان می‌دهد که بزرگ‌ترین اتلاف کننده انرژی، لایه تصفیه هیدروژنی با سهم 35% از اتلاف انرژی کل می‌باشد. تحلیل اکسرژی مشخص کرد که %67/4 اتلاف اکسرژی شبکه هیدروژن مربوط به برگشت‌ناپذیری‌های خارجی است. بیش‌ترین تخریب مربوط به واحد RCD (Reduced-Crude Desulfurization) با سهم 26% از کل تخریب اکسرژی است. برای محاسبه بازدهی اکسرژی از روش سوخت-محصول استفاده شده است که نشان می‌دهد واحد HPU2 (Hydrogen Production Unit 2) با تخریب 23% از کل تخریب اکسرژی و بازده اکسرژی %91/15 گزینه‌ای مطلوب برای بهبود بازدهی اکسرژی است. هم‌چنین بازده اکسرژی کل شبکه هیدروژن %39/20 به دست آمد. در ادامه با ارائه فناوری‌های جایگزین تولید هیدروژن از زیست‌توده و استفاده از فناوری جذب کربن برای واحدهای تولید هیدروژن، 6 سناریو برای کاهش تخریب اکسرژی و انتشار CO2 با انجام ارزیابی اقتصادی با تخصیص هزینه به انتشار CO2 و تخریب اکسرژی، بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد سناریوی استفاده از واحد گازی‌سازی زیست‌توده با واحد HPU1 (Hydrogen Production Unit 1) با بازده اکسرژی %92/20 و بازگشت سرمایه 15/6 سال بهترین گزینه برای بهبود وضع موجود می‌باشد. در نهایت ارزیابی اقتصادی سناریوها بر اساس طراحی از پایه آن‌ها انجام می‌شود. سپس برای بررسی تغییر عوامل مؤثر بر تابع سوددهی، تحلیل حساسیت بر روی سناریوها انجام می‌گردد.
- Abstract
- In this study energy and exergy analysis of Hydrogen Production Unit (HPU) and Hydrogen Network (HN) of refinery are done for identification processes involve in energy loss, exergy destruction and CO2 emission and totally recognizing the current situation. Improving the present situation by considering the economic variables to decrease energy loss, exergy destruction and CO2 emission is the goal of next step. Steam Reforming of Methane (SRM) is mostly used to produce hydrogen in refineries which causes exergy destruction and large amounts of CO2 emission. To implement energy and exergy analysis, the Reference Energy System (RES) of HPU is established. It is found that 97% of total energy loss occurs in reformer layer. Also reformer equipment with 55% of total exergy destruction of HPU has the most exergy destruction. Exergy efficiency of reformer is obtained 46.99% which can be a desired option for improving exergy efficiency. Then, implementation of energy and exergy analysis on the HN is conducted by establishing of HN RES that shows Hydrogen Production Layer (HPL) with 59% of Total CO2 Emission HN has the major contribution in CO2 emission. Energy analysis shows that the greatest loses of energy occur in hydrogen treatment layer with a share of 35% in total energy which is lost. Exergy analysis reveals that 4.67% of the total HN exergy loss is related to external irreversibility. Reduced-Crude Desulfurization (RCD) unit with share of 26% of total exergy destruction is the greatest exergy destructor unit. To calculate exergy efficiency, the Fuel-Product method is used. The calculations show the HPU2 unit with 25% of total exergy destruction and 15.91% of exergy efficiency is a desired choice for improving exergy efficiency. In addition the exergy efficiency of whole HN is obtained 20.39%. In the next step alternative hydrogen production technologies such as Biomass Gasification (BG), biomass pyrolysis and SRM with Carbon Capture and Storage (CCS) are introduced. Then, 6 scenarios by carrying out the economic assessment with cost allocation for CO2 emission and exergy destruction are investigated. The results for current situation show that using of “BG unit with HPU1” scenario with 20.92% exergy efficiency for whole HN and 6.15 year Payback Period (PBP), is the best scenario for HN improvement. Finally economic assessment of scenarios by grassroots method is done. To evaluate the changes in the factors affecting the profitability function, sensitivity analysis is performed on scenarios.
