عنوان پایان‌نامه
یکپارچه سازی توربین گاز در فرایند امونیاک به روش آنالیز ترکیبی پینچ و اکسرژی و برنامه ریزی ریاضی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-انرژی و محیط زیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1136.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 53244
- تاریخ دفاع
- ۳۰ اردیبهشت ۱۳۹۱
- دانشجو
- میثم صحاف زاده
- استاد راهنما
- محمدحسن پنجه شاهی
- چکیده
- تاکنون اقدامات مفیدی در زمینه بهینه¬سازی مصرف انرژی در کشور به ثمر رسیده است. تدوین استانداردها، ایجاد و توسعه آزمایشگاه ملی صرفه¬جویی انرژی، بهینه¬سازی انرژی و مدیریت بار در صنایع، تهیه نرم¬افزارهای مشاور بهینه¬سازی و فعالیت¬های آموزشی و آگاه¬سازی از جمله این اقدامات بوده است. اما علیرغم موارد به انجام رسیده، همچنان پتانسیل¬های بسیار گسترده¬ای برای بهینه-سازی مصرف انرژی در کشور وجود دارد. یکی از روش¬های مدرن در بهینه¬سازی مصرف انرژی روش¬های تولید همزمان برق، حرارت و مواد شیمیایی می¬باشد که در این تحقیق مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف تحقیق حاضر مطالعه تحقیقاتی روی واحد سوم آمونیاک رازی به منظور تولید برق از اکسرژی اتلافی فرایند توسط یکپارچه¬سازی توربین گاز می¬باشد. برای رسیدن به این هدف از ابزار آنالیز ترکیبی پینچ، اکسرژی و برنامه¬ریزی ریاضی استفاده شد. در این تحقیق با رسم و تحلیل نمودارهای برگرفته از ترکیب مفاهیم آنالیز پینچ و اکسرژی، چگونگی اتلاف اکسرژی در فرایندهای انتقال حرارت واحد مورد مطالعه قرار گرفت. در ادامه جهت ارائه راهکار قابل قبولی به منظور رسیدن به حداقل اکسرژی اتلافی به موازات افزایش تولید برق اقدام به جانمایی توربین گاز در فرایند گردید. روش ارائه شده بدین صورت بود که با انتقال نتایج شبیه¬سازی حلقه سنتز آمونیاک در حضور توربین گاز با نسبت فشارهای مختلف در نرم¬افزار Aspen Plus به نرم¬افزار Excel، نمودار توسعه یافته امگا- انتالپی برای فرایند انتقال حرارت و سیستم توربین گاز رسم شد و با محاسبه انتگرال عددی سطح محصور در مجموع این نمودارها که معیاری برای تعیین میزان حداقل اکسرژی اتلافی به حساب می¬آید، با در نظر گرفتن محدودیت¬های فرایندی حاصل گردید. در انتها، با یکپارچه¬سازی حرارتی جریان¬های فرایندی، مصرف بخار HP ناشی از کاهش دما در توربین کاهش یافت. نتایج تحقیق نشان داد با تولید 4 مگاوات برق، اکسرژی اتلافی فرایند انتقال حرارت در ساختار جدید نسبت به فرایند کنونی kW 7274 کاهش یافته است. همچنین با در نظر گرفتن اتلاف اکسرژی در سیستم توربین گاز (متشکل از توربین و کمپرسور) در حالت نهایی، اکسرژی اتلافی کل به میزان %19 ( kW 3323 ) کاهش یافت. نهایتاً با اصلاحات انجام شده با آنالیز ترکیبی پینچ و اکسرژی و بر اساس جدول اطلاعات اقتصادی، سود سالیانه واحد 1051095 دلار در سال و میزان نرخ بازگشت سرمایه 9/1 سال پیش‌بینی شد.
- Abstract
- There have been conducted many useful works in the context of energy optimization in the country. Improving standards and developing national laboratory of energy saving, optimization and management in industries, providing energy consulting softwares and educational studies are some of these activities. The purpose of this work is to conduct an investigation on the third plant of ammonia synthesis in Razi petrochemical company in order to utilize the exergy loss of the process to produce electricity, using gas turbine integration. Combined pinch and exergy analysis and mathematical programming are used to optimize the integrated scheme. This thesis describes the methods of plotting and analyzing the combined pinch and exergy analysis diagrams to demonstrate how exergy loss is distributed in heat transfer process. Furthermore, in order to represent an acceptable method to reach the maximum electricity as well as exergy utilization, a proper placement for gas turbine in the process is suggested. The proposed approach is to transfer the simulation results of ammonia synthesis loop in presence of gas turbine with different pressure ratios in Aspen Plus software to Excel and plot the developed Omega- Enthalpy diagram for heat transfer process and gas turbine system. Specific area which illustrates the exergy loss in this diagram can be calculated by numerical integration to find the minimum value of exergy loss, considering the process limitations. Eventually, heat integration of process streams is used to decrease the amount of high pressure steam resulted from depleted temperature in the gas turbine. The results show that 4 mW electricity can be produced and 7274 KW exergy loss in heat transfer process in the new structure reduce in comparison with the existing plant. Considering the gas turbine system (including turbine and compressor), total amount of exergy loss reduces to 3323 KW (19% decrease). Based on the economic data table, 1051095 million dollars per year is the estimated net income and the investment payback rate is about 1.9 year for this configuration.
