| شبیه سازی واحد تولید گاز طبیعی مایع (LNG) با استفاده از نرم افزار HYSYS و بهینه سازی واحد با هدف کاهش مصرف انرژی واحد | |
| تعداد صفحات | ۱۳ |
| نوع فایل | word + HYSYS |
| حجم فایل | ۳۲۲ kb |
شبیه سازی واحد تولید گاز طبیعی مایع (LNG) با استفاده از نرم افزار HYSYS و بهینه سازی واحد با هدف کاهش مصرف انرژی واحد
در این قسمت پروژه با موضوع شبیه سازی واحد تولید گاز طبیعی مایع (LNG) با استفاده از نرم افزار HYSYS و بهینه سازی واحد با هدف کاهش مصرف انرژی واحد به صورت فایل فشرده شامل فایل word، HYSYS برای دانلود ارائه شده است. این پروژه با Aspen HYSYS V11 انجام شده است.
قسمتی از متن پروژه را در زیر نشان داده شده است.
اهمیت توجه به تولید و فرایند LNG در این است که این منبع می تواند به عنوان یکی از عمده ترین منابع در تولید انرژی قرار گیرد LNG .یک سوخت سازگار با محیط زیست است که این عامل علاوه بر عوامل اقتصادی موجب می شود که این فرایند بسیار مورد اهمیت و پیگیری باشد. در این پروژه ابتدا فرایند تبدیل گاز طبیعی به LNG به طور کامل شبیه سازی شده است. سپس فرایند برای به دست آوردن حداقل مقدار انرژی مصرف شده به ازای هر تن LNG تولیدی بهینه شده است. برای بهینه کردن مصرف انرژی در واحد تولید LNG بهترین روش استفاده از یک فرایند سه مرحله ای است. فشار خروجی کمپرسور و نوع مبرد بسیار بر میزان انرژی مصرفی موثر است. بهترین کسر جرمی برای مبردها در سیکل مایع سازی برابر ۰٫۸۸ برای متان ۰٫۱۲ برای اتان است و برای سیکل sub-cooling برابر ۰٫۱۶ برای متان و ۰٫۴ برای نیتروژن است. فشار بهینه در خروجی کمپرسور در سیکل مایع سازی برابر ۶۵۰ کیلوپاسکال و برای سیکل sub-cooling برابر ۱۸۰۰ کیلوپاسکال است. میزان انرژی مصرفی به ازای هر تن از LNG تولیدی برابر ۹۱٫۱۴ کیلو وات است.
کلمات کلیدی: LNG شبیه سازی، بهینه سازی، حداقل مصرف انرژی، مبرد
۱- مقدمه
واژه LNG مخفف (Liquefied Natural Gas) به معنای گاز طبیعی مایع است. برای تولید LNG گاز طبیعی را تا دمای ۱۶۱- درجه سانتی گراد سرد میکنند. در این حالت گاز به مایعی بی بو، شفاف و غیر سمی با چگالی حدود ۴۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب تبدیل میشود . با میعان گاز حجم آن به ۶۰۰/۱ کاهش مییابد، که حمل و نقل گاز طبیعی را اقتصادی میکند [۱].
این چشم انداز که منبع LNG می تواند به عنوان یکی از عمده ترین منابع در تولید انرژی قرار گیرد، دلیل اصلی برای انجام این پروژه است. LNG یک سوخت سازگار با محیط زیست است که این عامل علاوه بر عوامل اقتصادی موجب می شود که این فرایند بسیار مورد اهمیت و پیگیری باشد. افزایش اهمیت LNG در بازارهای آسیا، آمریکای شمالی و اروپا به خوبی قابل مشاهده است. LNG را از روش های مختلفی می توان تولید کرد. خوراک شامل گاز طبیعی است که در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد و فشار ۷ بار قرار دارد. برای به دست آمدن LNG دما باید تا ۱۶۰- درجه سانتیگراد کاهش پیدا کند و فشار باید به ۵ بار برسد. ترکیب گاز طبیعی در جدول (۱) نشان داده شده است.
جدول (۱) در متن پروژه نشان داده شده است.
از مبردهای مختلفی می توان برای فرایند مایع سازی گاز طبیعی استفاده کرد. بهترین و در دسترس ترین آنها عبارتند از ۲۲-R، متان، اتان و نیتروژن [۲]. در شبیه سازی انجام شده در این پروژه از این مبردها جهت مایع سازی گاز طبیعی استفاده شده است.
۲- شرح فرآیند
برای رساندن دمای گاز طبیعی به دمای ۱۶۰- درجه سانتیگراد نیاز به استفاده از مبدل های LNG است. برای این سرد سازی می توان از سه مرحله استفاده کرد. در مرحله اول که مرحله پیش سرمایش است، گاز طبیعی تا دمای ۴۰سانتیگراد خنک می شود. در مرحله دوم که مرحله مایع سازی است، گاز طبیعی تا دمای ۹۰ سانتیگراد سرد می شود. در مرحله سوم که مرحله Sub-Cooling است، گاز طبیعی تا دمای ۱۶۰- سانتیگراد خنک می شود [۳]. مبدل هایی با صفحه و فین های آلومینیوم بازارد می توانند به صورت عملی در طیف گسترده ای از مایعات در رنج های گسترده ای از دما و فشار کار کنند. در حالت کلی جریان باید تمیز، خشک و بدون مواد خورنده آلومینیوم باشد. موادی مانند: H2S، NH3، CO، NO، SO2، CO2، Cl و سایر گازهای اسیدی مشکل خوردگی را برای آلومینیوم بازارد ایجاد نمی کنند، اما باید سطح این مواد در جریان پایین باشد [۴]. برای این منظور قبل از واحد اصلی باید واحد جداسازی گازهای اسیدی قرار گیرد که سطح CO2 موجود در گاز را به زیر ppm ۵۰ کاهش دهد. برای این منظور می توان از برج آمین استفاده کرد [۵].
۲-۱- مرحله پیش سرمایش
در مرحله پیش سرمایش از مواده ۲۲-R به عنوان خنک کننده و از شیرهای J-T استفاده شده است. خوراک ورودی گاز طبیعی در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد و فشار ۷ بار است. در این مرحله دما تا ۴۰- درجه سانتیگراد کاهش میابد. با استفاده از مبرد ۲۲-R نمی توان دما را به پایین تر از این سطح کاهش داد. در این مرحله برای جداسازی گاز LPG از یک فلش درام استفاده شده است. در این فلش درام علاوه بر LPG آب نیز جدا می گردد. جداسازی آب در این مرحله بسلار ضروری است تا از یخ زدگی آن در مراحل بعدی جلوگیری گردد. میزان آب در این مرحله باید به کمتر از ppmv ۱ کاهش پیدا کند [۴].
برای مرحله بعد، در اولین اجرای برنامه از یک مبدل برای سرد سازی گاز طبیعی استفاده شد اما مصرف انرژی در این حالت بسیار بالا بود. بنابراین برای پایین آمدن مصرف انرژی از دو مبدل استفاده شده است. با این کار مصرف انرژی برای واحد پایین می آید. سپس به جای استفاده از شیرهای J-T از اکسپندر استفاده گردیده است. استفاده از اکسپندر موجب ذخیره انرژی و پایین آمدن هزینه انرژی می گردد.
۲ – ۲ – مرحله مایع سازی
برای مرحله مایع سازی از یک مبدل LNG با سه جریان استفاده شده است. برای خنک سازی می توان از یک جریان استفاده کرد اما استفاده از دو جریان بهتر است، زیرا استفاده از دو جریان موجب فراهم آمدن رنج بیشتری برای دوفازی بودن جریان می گردد [۶]. جریان اول مخلوطی از گازهای متان و اتان است. این جریان بخشی از سیکلی است که شامل کمپرسور، خنک کننده و اکسپندر است. جریان دوم مخلوطی از گازهای نیتروژن و متان است. جریان دوم در مبدل دوم برای استفاده در مبدل سوم و مرحله Sub – Cooling خنک می شود. در سیکل دوم جرلان اول وارد کمپرسور می گردد تا فشار آن افزایش پیدا کند، سپس وارد یک چیلر می گردد تا دمای آن کاهش پیدا کند. پس از این مرحله وارد یک اکسپندر می شود. در پایان جریان وارد مبدل LNG می گردد.
۳ – ۲ – مرحله sub-cooling
برای این سیکل جریان خروجی از مبدل LNG دوم به مبدل LNG اول وارد می گردد. با این کار ما می توان از این جریان برای سرد سازی جریان در مبدل اول استفاده گردد. در سیکل دوم ابتدا جریان وارد یک کمپرسور می شود تا فشار آن افزایش پیدا کند سپس وارد وارد مبدل دوم و مبدل سوم می شود تا پیش سرمایش روی آن انجام گیرد . سپس وارد یک اکسپندر شده و فشار آن کاهش پیدا می کند و در انتها وارد مبدل LNG می شود. دما در این حالت باید ۱۶۵- درجه سانتیگراد باشد تا بتواند دمای گاز طبیعی را تا ۱۶۰- درجه سانتیگراد کاهش دهد. با استفاده از دو سیکل می توان دما را به ۱۶۰- درجه سانتیگراد کاهش داد.
BOG فاز بخار در تانک های LNG است. افزایش BOG منجر به افزایش میزان بخار در ناتک های LNG می گردد. کاهش فشار می تواند موجب بالا رفتن BOG گردد و این عامل می تواند موجب شود که میزان گاز موجود در ناتک بالاتر از میزان مایع گردد و این حایت می تواند بسیار خطرناک باشد.
در انتهای فرایند LNG وارد تانک های ذخیره می گردد. در این حالت میزان ٪۵ از LNG به بخار تبدیل می شود. می توان این میزان را به ابتدای فرایند برگرداند و به خوراک ورودی اضافه کرد. این گاز باید توسط یک کمپرسور به فشار خوراک برسد تا بتواند با آن مخلوط گردد.
فهرستی از مطالب این پروژه در زیر آمده است:
خلاصه
۱- مقدمه
۲- شرح فرآیند
۲-۱- مرحله پیش سرمایش
۲ – ۲ – مرحله مایع سازی
۳ – ۲ – مرحله sub-cooling
٣- شبیه سازی
۴- بهینه سازی
۶- نتیجه گیری
مراجع
| شبیه سازی واحد تولید گاز طبیعی مایع (LNG) با استفاده از نرم افزار HYSYS و بهینه سازی واحد با هدف کاهش مصرف انرژی واحد | |
| تعداد صفحات | ۱۳ |
| نوع فایل | word + HYSYS |
| حجم فایل | ۳۲۲ kb |