عنوان پایان‌نامه
طراحی بهینه و تحلیل اکسرژی فرآیند ترکیبی جداسازی هوا، گازسازی سوخت و تبخیر گاز طبیعی مایع شده
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K50;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1778.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77146;کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K50;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1778.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77146
- تاریخ دفاع
- ۰۷ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- رضا اسفی لار
- استاد راهنما
- سیدمحمدعلی موسویان, مهدی مهرپویا
- چکیده
- چکیده فرآیند ترکیبی جدید گازسازی زغال¬سنگ و واحد جداسازی هوا با دو ستون تقطیر بر اساس بازیافت انرژی سرد گاز طبیعی مایع بررسی و بیان شده است. هم¬چنین مدل ارائه¬شده شامل چرخه تولید توان دی¬اکسیدکربن، واحد تبدیل شیفت و فرآیند جذب کرایوژنیک دی¬اکسیدکربن است. واحد جداسازی هوا جهت تولید اکسیژن و نیتروژن خالص (به ترتیب 99/99 و 100 درصد) معرفی شده است. مصرف ویژه انرژی بر حسب دبی اکسیژن خالص برابر با kWh/kg11/0 می-باشد. به دلیل ترکیب مؤثر دو برج تقطیر در واحد جداسازی هوا، گرمای نهان چگالنده¬¬ی ستون فشار بالا با جوش¬آور ستون فشار پایین مبادله¬ی حرارتی می¬کند. به علاوه، بخشی از انرژی موردنیاز جهت پیش¬سرد کردن خوراک هوا به کمک بازیافت انرژی گاز طبیعی مایع تأمین می-گردد. جریان خروجی گاز طبیعی مایع از فرآیند جداسازی هوا، به عنوان منبع سرد چگالنده¬ی چرخه تولید توان دی¬اکسیدکربن استفاده می¬شود. نتایج نشان می¬دهند که میزان ذخیره¬سازی انرژی در واحد جداسازی هوا و چرخه تولید توان به ترتیب برابر با 6/2301 و 6/14217 کیلووات می-باشند. اکسیژن خالص گازی تولیدشده به واحد گازسازی زغال¬سنگ فرستاده شده تا در واکنش-های راکتور گازساز شرکت نماید. راندمان تبدیل کربن و گاز سرد در حدود 91 و 80 درصد به دست آمده است. فرآیند جذب کرایوژنیک و ذخیره¬ی دی¬اکسیدکربن یک تکنولوژی مفید پیش از احتراق سوخت است. در این مطالعه، 99 درصد دی¬اکسیدکربن با خلوص 80/99 درصد جذب شده است. توان مصرفی این واحد به ازای دی¬اکسیدکربن جداسازی¬شده در حدود kWh/kg10/0 می¬باشد. تأثیر چند پارامتر مهم بر عملکرد این فرآیند بررسی شده است که برخی از آن¬ها عبارتند از؛ تأثیر فشار فشرده¬سازی هوا بر کسر مولی و دبی اکسیژن خالص، تأثیر محل سینی¬های خوراک برج فشار پایین بر کسر مولی اکسیژن خالص، تأثیر بازده¬ی اکسپندر و کمپرسورها بر مصرف ویژه انرژی، تأثیر دبی جرمی زغال¬سنگ بر عملکرد راکتور گازساز، تأثیر تغییر سوخت در راکتور گازساز و غیره. هم¬چنین تحلیل اکسرژی بر اساس اطلاعات شبیه¬سازی اعمال شده است که نتایج خروجی، میزان تخریب اکسرژی و راندمان اکسرژی برای هر یک از تجهیزات می¬باشند. واژه‌های کلیدی: جداسازی کرایوژنیک هوا؛ گازسازی زغال¬سنگ؛ تبخیر مجدد گاز طبیعی مایع؛ تولید توان؛ بازیافت انرژی سرد؛ جذب دی¬اکسیدکربن.
- Abstract
- Abstract: An integrated coal gasification process with novel double-column cryogenic air separation unit based on the LNG (liquefied natural gas) cold energy recovery is proposed and analyzed. The model consists of a trans-critical carbon dioxide power generation cycle, a shift converter unit and a cryogenic CO2 capture as well. Air separation is introduced to produce high purity oxygen (99.99%) and nitrogen (100%). The specific power demand per flow rate of pure oxygen is 0.11 kWh/kg. Due to effective interconnection between two distillation column in ASU, the latent heat of the condenser in high pressure column is exchanged with in low pressure column reboiler. Moreover, part of the required energy for feed air precooling is supplied by recovery of the LNG energy. The outlet LNG stream from the air separation is utilized as cold source of condenser in a trans-critical CO2 power generation cycle. The results show energy saving in the ASU and trans-critical power generation is 2301.6 kW and 14217.6 kW respectively. The produced high purity gaseous oxygen is sent to the coal gasification unit to participate in the gasifier reactions. The carbon conversion and cold gas efficiency of gasification are found to be about 91% and 80%, respectively. CO2 capture and storage is technologically feasible and the cryogenic carbon dioxide capture is an efficient pre-combustion technology. In this study, 99.83% of carbon dioxide with 99.80% purity, is captured. The power consumption per flow rate of separated CO2 is about 0.10 kWh/kg. The effects of some key parameters on the performance of this process are mentioned: effect of the air compression pressure on the pure oxygen flow rate and mole fraction, effect of the feed stage numbers of low pressure column on the mole fraction of pure oxygen, effect of isentropic efficiency of the expander and compressors on specific power consumption, effect of mass flow rate of coal on gasification reactor performance, effect of fuel variation on gasification reactor, etc. Also, exergy analysis is performed based on the results of the simulation, thus the output data are exergy destruction and efficiency of the process components. Keywords: Cryogenic air separation; Coal gasification; LNG vaporization; Power generation; Cold energy recovery; Carbon dioxide capture.
