نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

بررسی عملکرد فرآیند تراکم و خالص سازی-آمین در جداسازی دی اکسید کربن حاصل از احتراق با اکسیژن خالص

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده
گروه مهندسی شیمی، واحد ایرانشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، ایرانشهر، ایران
چکیده
به دلیل اثرات مخرب CO2  به­عنوان یک گاز گلخانه ­ای فناوری حصر و ذخیره کربن برای کاهش انتشار گازهای گلخانه­ ای از منابع اصلی انتشار آن توسعه یافته است. به این منظور روش­ های بسیاری برای حذف CO2 پیشنهاد شده است که انتخاب فرآیند مناسب با توجه به غلظت CO2، شرایط عملیاتی و اقتصادی بودن فرآیند، صورت می­گیرد. یکی از این روش ­ها واحد تراکم و خالص ­سازی CO2 می­ باشد که برای جداسازی CO2  از گاز احتراق حاصل از فرآیند احتراق در اکسیژن نسبتا خالص است. با این حال راندمان پایین جداسازی و تخلیه بخش قابل توجهی از CO2 به اتمسفر یکی از بزرگترین چالش­ های پیش روی این فرآیند است. در این پژوهش برای اولین بار سیستم هیبرید آمین-تراکم و خالص ­سازی در جداسازی دی اکسید کربن حاصل از احتراق با اکسیژن خالص طراحی و عملکرد آن بررسی شد. مطالعه و شبیه­ سازی پایای فرآیند در محیط نرم افزار اسپن پلاس انجام گرفت. مدل ترمودینامیکی پنگ-رابینسون و مدل غیر تصادفی دو مایع برای محلول­ های الکترولیت برای تخمین خصوصیات ترمودینامیکی به ترتیب در واحدهای CPU و آمین استفاده شدند. به منظور افزایش دقت، ضرایب ترمودینامیکی در مدل پنگ-رابینسون با استفاده از مقادیر تجربی موجود در مقالات بهبود یافت. انتگراسیون حرارتی به منظور بهینه ­تر شدن انرژی مصرفی فرآیند بکار گرفته شد. نتایج انتگراسیون فرایند نشان می­ دهد به کمک افزودن دو تبادل­گر گرمایی در حدود GJ 196 در سال از بار گرمایی واحد پشتیبانی کاسته می ­شود. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می­ دهد سیستم پیشنهادی حاضر سبب کاهش CO2 خروجی به اتمسفر از 13/27 به حدود 3/0 درصد می ­شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] اسماعیل کوهستانیان، فرهاد شهرکی، آنالیز حساسیت و بهینه سازی فرآیند بهبود یافته ی تراکم و خالص سازی CO2 با استفاده از روش سطح پاسخ. نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)42: 187 تا 201 (1402).
[2] Metz B., Davidson O., Coninck H.C., Loos M., Meyer L., Carbon Dioxide Capture and Storage. IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, (2005).
[3] Koohestanian E., Sadeghi, J., Mohebbi-Kalhori D., Shahraki F., Samimi A., A Novel Process for CO2 Capture from the Flue Gases to Produce Urea and Ammonia. Energy, 144: 279-285 (2018).
[5] Fu C., Gundersen T., Techno-Economic Analysis of CO2 Conditioning Processes in a Coal Based Oxy-Combustion Power Plant. International journal of greenhouse gas control, 9: 419-427 (2012).
[6] Chansomwong A., Zanganeh K.E., Shafeen A., Douglas P.L., Croiset E., Ricardez-Sandoval L.A., Dynamic Modelling of a CO2 Capture and Purification Unit for an Oxy-Coal-Fired Power Plant. International Journal of Greenhouse Gas Control, 22: 111-122 (2014).
[9] API, R., 521. Recommended Practice, 521 (1997).
[10] Koohestanian E., Samimi A., Mohebbi-Kalhori D., Sadeghi J., Sensitivity Analysis and Multi-Objective Optimization of CO2CPU Process Using Response Surface Methodology. Energy, 122: 570-578 (2017).
[11] Koohestanian E., Sadeghi J., Mohebbi Kalhori D., Shahraki F., Samimi A., New Process Flowsheet for CO2 Compression and Purification Unit; Dynamic Investigation and Control. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 40(2): 593-604 (2021).
[12] Koohestanian E., Shahraki F., Retrofit Design of CO2 Compression and Purification Process Using Intensification with Cryogenic Air Separation Unit. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 42(2): 652-663 (2023).
[13] Brandl P., Bui M., Hallett J.P., Dowell N.M., Beyond 90% capture: Possible, but at what cost? International Journal of Greenhouse Gas Control, 105: 103239 (2021).
[14] Veawab A., Tontiwachwuthikul P., Chakma A., Corrosion Behavior of Carbon Steel in the CO2 Absorption Process Using Aqueous Amine Solutions. Industrial & engineering chemistry research, 38(10): 3917-3924 (1999).
[15] Wagaarachchige, J.D., Idris Z., Khatibzadeh A., Drageset A., Jens K., Halstensen M., Demonstration of CO2 Capture Process Monitoring and Solvent Degradation Detection by Chemometrics at the Technology Centre Mongstad CO2 Capture Plant. Industrial & Engineering Chemistry Research, 62(25): 9747–9754 (2023).
[17] Rochelle G.T., Amine Scrubbing for CO2 Capture. Science, 325(5948): 1652-1654 (2009).
[18] Ludwig E.E., Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants: Volume 2. Gulf Professional Publishing, 2: (1997).
[19] Carlson E.C., Don't Gamble with Physical Properties for Simulations. Chemical Engineering Progress, 92(10): 35-46 (1996).
[20] Koohestanian E., Shahraki F., Review on Principles, Recent Progress, and Future Challenges for Oxy-Fuel Combustion CO2 Capture Using Compression and Purification Unit. Journal of Environmental Chemical Engineering, 9(4): 105777 (2021).
[21] اسماعیل کوهستانیان، جعفر صادقی و داود محبی کلهری، شبیه­ سازی و طراحی فرآیندهای نفت، گاز و شیمیایی با Aspen Plus، انتشارات جهاد دانشگاهی، چاپ اول، (1396).
[22] Wang S., Song Y., Zhang Y., Chen C., Electrolyte Thermodynamic Models in Aspen Process Simulators and Their Applications. Industrial & Engineering Chemistry Research, 61(42): 15649-15660 (2022).
[23] Mackay D., Shiu W.Y., A Critical Review of Henry’s Law Constants for Chemicals of Environmental Interest. Journal of physical and chemical reference data, 10(4): 1175-1199 (1981).
[24] Aspen Plus, Rate Based Model of the CO2 Capture Process by MEA using Aspen Plus. Aspen Technology Inc, Cambridge, MA, USA, (2008).
[26] Bravo J., Drapanauskaite D., Sarunac N., Romero C., Jesikiewicz T., Baltrusaitis J.,  Optimization of Energy Requirements for CO2 Post-Combustion Capture Process Through Advanced Thermal Integration. Fuel, 283: 118940 (2021).
[27] Yoro K.O., Sekoai P.T., Isafiade A.J., Daramola M.O., A Review on Heat and Mass Integration Techniques for Energy and Material Minimization During CO2 Capture. International Journal of Energy and Environmental Engineering, 10: 367-387 (2019).
[28] Douglas J.M., Conceptual Design of Chemical Processes. McGraw-Hill New York, 1110: (1988).
[29] Costa A., Coppitters D., Dubois L., Contino F., Thomas D., Weireld G.D., Energy, Exergy, Economic and Environmental (4E) Analysis of a Cryogenic Carbon Purification Unit with Membrane for Oxyfuel Cement Plant Flue Gas. Applied Energy, 357: 122431 (2024).