ارزيابي فني_اقتصادي و بهينه سازي فرايند توليد گاز سنتز و الفين از گاز‌هاي مازاد CO2 و H2 از طريق سنتز فيشر_تروپش

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

در سال‌هاي اخير، كاهش منابع سوخت‌هاي فسيلي و افزايش انتشار گازهاي گلخانه‌اي، ضرورت توسعه فناوري‌هاي پايدار را براي كاهش اثرات زيست‌محيطي دوچندان كرده است. هدف اصلي اين تحقيق، ارائه راهكاري براي استفاده بهينه از گازهاي زائد صنعتي و كاهش انتشار CO2 از طريق تبديل آن به محصولات با ارزش افزوده است. يكي از راهكارهاي مؤثر در اين زمينه، تبديلCO2 به محصولات ارزشمند نظير گاز سنتز و الفين‌هاي سبك است كه نقش كليدي در كاهش انتشار كربن و استفاده بهينه از منابع تجديدپذير ايفا مي‌كند. در مجموع، اين پژوهش راهكاري مؤثر براي تبديل گاز گلخانه‌اي CO2 به محصولات با ارزش افزوده ارائه مي‌دهد و مي‌تواند به كاهش اثرات زيست‌محيطي صنايع و توسعه فناوري‌هاي پايدار كمك كند. در اين پژوهش، الفين‌هاي سبك شامل اتيلن، پروپيلن و بوتن به‌عنوان محصولات اصلي انتخاب شده‌اند، چرا كه اين تركيبات از مهم‌ترين مواد اوليه در صنعت پليمر و توليد پلي‌الفين‌ها محسوب مي‌شوند همچنين، متان و پارافين‌هاي سبك به‌عنوان محصولات جانبي فرآيند در نظر گرفته شدند. ابتدا، شبيه‌سازي يك سيستم يكپارچه شامل راكتورهاي RWGS و فيشرتروپش توسط نرم‌افزار Aspen Hysys V11 انجام شد. در مرحله اول، راكتور RWGS به‌منظور تبديل به گاز سنتز به كار گرفته شد و شبيه‌سازي فرايند آن انجام شد. سپس، تركيب خروجي اين راكتور به‌عنوان خوراك وارد راكتور فيشرتروپش شد تا الفين‌هاي سبك توليد شوند. براي بررسي عملكرد فرآيند، شش سناريوي مختلف با هدف بهبود شرايط، شبيه‌سازي شدند و نتايج حاصل از اين سناريوها گزارش گرديد. در اين مطالعه، با هدف بهينه‌سازي شرايط عملياتي، افزايش توليد الفين‌ها و كاهش توليد محصولات جانبي نامطلوب، تأثير پارامترهاي كليدي فرآيند از جمله نسبت مولي خوراك، دما و فشار راكتور‌هاي RWGS و فيشرتروپش براي تمامي سناريو‌ها، به‌صورت جامع تحليل و بهينه‌سازي شد. مقايسه سناريوهاي مختلف نشان مي‌دهد كه افزايش دما از 600 درجه سلسيوس به 1000 درجه سلسيوس و تنظيم بهينه نسبت خوراك H₂/CO₂ تأثير قابل‌توجهي در افزايش بازده توليد گاز CO، كاهش توليد متان و همچنين افزايش توليد الفين‌هاي سبك دارد. در حالي كه، افزايش فشار از 1 بار به 22 بار منجر به كاهش توليد CO و افزايش توليد محصول جانبي متان مي‌شود. در نهايت، براي سناريوهاي بهينه شده، ارزيابي اقتصادي بر اساس معيارهايي مانند هزينه سرمايه‌گذاري اوليه، هزينه‌هاي عملياتي و درآمد ساليانه انجام شد. در نهايت، سناريوي سوم، كه در آن راكتور RWGS در دماي 950 درجه سلسيوس و فشار 22 بار عمل مي‌كند و هيدروژن اضافي به راكتور فيشرتروپش تزريق شده است، به‌عنوان گزينه بهينه از نظر اقتصادي انتخاب شد. اين سناريو با دستيابي به ميزان تبديل CO₂ معادل 72%، بيشترين ارزش فعلي خالص (NPV) و نرخ بازگشت داخلي (IRR) برابر با 42% را ارائه داده و همچنين كوتاه‌ترين دوره بازگشت سرمايه (59/2 سال) را در ميان سناريوهاي بررسي‌شده داراست. اين نتايج نشان‌دهنده برتري اقتصادي سناريوي سوم در مقايسه با ساير گزينه‌ها است.اين برتري ناشي از درآمد ساليانه بالاتر و كاهش هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري و عملياتي در اين سناريو است. به همين دليل، پيشنهاد مي‌شود كه اين سناريو براي كاربردهاي صنعتي در مقياس بزرگ مورد بررسي و ارزيابي بيشتر قرار گيرد. با انجام بهينه‌ساز ي انرژي براي اين سناريو، مصرف انرژي از 920 ميليون كيلوژول بر ساعت به 720 ميليون كيلوژول بر ساعت كاهش يافت.

233319

طراحي فرايند

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان