بخشی از مقاله
خلاصه
صنعت پالایشگاه بهعنوان یکی از مصرفکنندگان عمده انرژی محسوب شده و هزینه زیادی در آن صرف تامین انرژی میشود. در طی فرآیندهای پالایش مقدار زیادی گاز و مواد سوختی بدون استفاده مستقیم و از طریق فلر به اتمسفر ارسال میشود. سوزاندن این گازها در فلر علاوه بر مشکلات زیستمحیطی، به نوعی هدر دادن منابع اقتصادی و اسراف نیز به حساب میآید.
این در حالی است که میتوان با استفاده از سامانههای فشرده سازی و بازیابی گاز فلر، از این سوخت به عنوان سوخت ورودی به سیکل توربین گازی برای تولید توان بهره برد و همچنین میتوان با ترکیب محفظه بازیابی حرارت به توربین گازی، تولید همزمان حرارت نیز نمود. در این مقاله یک فرآیند تولید همزمان توان و حرارت با سوخت فلر طراحی شده است. این فرآیند با استفاده از نرمافزار Aspen Hysys شبیهسازی شده و پس از آن با استفاده از تحلیلهای مبتنی بر اکسرژی، به بررسی این فرآیند از لحاظ جنبههای فنی و اقتصادی پرداختهایم.
.1 مقدمه
بهینه سازی مصرف انرژی و کاهش آلایندههای زیست محیطی، یکی از دغدغههای اساسی بخش صنعت نفت، گاز و پتروشیمی است. یکی از اصلیترین بخشهای اتلاف انرژی در پالایشگاهها، شبکه فلرینگ است که بیشترین میزان آلایندگی را دارد، لذا توجه به بهینهسازی عملکرد و اصلاح این بخش، از اهمیت بسزایی برخوردار است.
در واحدهای پالایشگاهی، گازهای نامرغوب و گازهای تخلیه شده از واحدها، هنگام به وجود آمدن شرایط اضطراری، از طریق خط لولهی اصلی فلر، به سمت سامانهی فلرینگ هدایت شده و در مشعل شبکهی فلر سوزانده میشوند و مواد آلاینده محیط زیست مانند NOX1 و SOX2 و گازهای گلخانهای از قبیل CO3 و CO24 تولید شده و مقادیر زیادی انرژی نیز وارد اتمسفر میشود.
تاکنون روشها و راهکارهای متعددی برای کاهش یا بازیابی گازهای ارسالی به فلر ارائه شده است، از جمله فعالیتهای انجام شده در راستای اصلاح واحدهای تولیدکنندهی گازهای زائد و بهبود راندمان سامانه فلرینگ موجود.
با پیشرفت فناوری در این زمینه، امروزه میتوان با کمک سامانهی فشردهسازی و بازیابی گاز، میزان فلرینگ پالایشگاه را به مقدار چشمگیری کاهش داد و از این طریق، گازهایی را که به سمت شبکهی فلر ارسال میشوند، جمعآوری کرد و سپس به عنوان خوراک شبکهی سوخت پالایشگاه، بویلرها و توربین گازی، مورد استفاده قرار داد
اوجیجاگو و همکارانش [4] بر روی تبدیل گاز فلر به برق به نام تکنولوژی - GTW - 1 در کشور نیجریه برسیهایی انجام دادهاند. این تحقیق به دو نیاز ضروری کاهش اثرات آلودگی محیط زیست گاز فلر و کاهش هزینههای تولید برق پاسخخواهد داد.
حیدری و همکارانش [5] مطالعهایی با هدف توسعه دو سناریو عملی برای استفاده مجدد از گازهای ارسالی به فلر انجام دادهاند. در ابتدا آنها شرایط سوزانده شدن گازهای فلر در یک پالایشگاه گاز واقعی را اندازهگیری کردند و سپس دو ساختار عملی برای تولید انرژی الکتریکی از گازهای مشعل به عنوان دو سناریو مورد بررسی قرار دادند. سناریوی اول از گاز فلر به عنوان ترکیب در گاز طبیعی در توربین گازی برای تولید برق استفاده میشود اما در سناریوی دوم از گاز فلر به عنوان یک مرحله میانی در توربین گاز استفاده میشود. به منظور بهبود شرایط تولید برق و کاهش آلودگی محیط زیست از یک سیکل توربین بخار برای ترکیب کردن با سیکل توربین گازی استفاده میشود.
ماژنی و همکارانش [6] با استفاده از تکنولوژی تبدیل گاز به سوخت مایع - GTL - 2 سعی بر کاهش گازاهی ارسالی به فلر را دارند. آنها با استفاده از عملیات - FT - 3 گاز فلر را به سوخت دیزل تبدیل کردند.
رحیمپور و همکارانش [7] سه روش پیشنهادی برای بازیابی گازهای فلر بجای سوزاندن در مشعل پالایشگاه ارائه دادند. هدف از این روشها جلوگیری از اثرات مخرب زیست محیطی و صرفهجویی اقتصادی بوده است. این سه پیشنهاد عبارتند از: - 1 بازیابی گازهای فلر با استفاده از تکنولوژی تبدیل گاز به مایع سوختی، - 2 تولید برق از گازهای پالایشی توسط توربین گازی، - 3 فشرده سازی و تزریق گازهای فلر به شبکه سوخت پالایشگاه.
طاهونی و همکارانش [8] برای یکپارچهسازی و استفاده از گازهای هدر رفته با شبکه گاز سوختی در پالایشگاه از روش - FGN - 4 که یک روش موثر در کاهش انتشار گازهای گلخانهای و همچنین صرفه جویی در انرژی پالایشگاه است، بهره بردهاند. این طرح بر روی یکی از پالایشگاههای موجود پیادهسازی شد و کاهش 27/7 درصدی در گاز طبیعی شبکه گاز رسانی پالایشگاه مشاهده شد.
سعیدی و همکارانش [9] با استفاده از یک پیل سوختی اکسید جامد - SOFC - 5 علاوه بر بازیافت گاز فلر، به تولید انرژی الکتریکی نیز دست یافتهاند. طراحی انجام شده برای یکی از پالایشگاههای گازی عسلویه بوده است. آنها همچنین از خروجی دما بالای پیل سوختی برای مصارف گرمایشی از جمله تولید بخار آب استفاده کردهاند. در نهایت طرح مورد نظر را از لحاظ جنبهای فنی، اقتصادی و زیست محیطی بررسی کردهاند.
در این پژوهش قصد داریم در ابتدا یک سیستم فشردهسازی گاز فلر طراحی کرده تا از این گاز به عنوان خوراک سوخت یک سیکل توربین گازی برای تولید برق استفاده کنیم. همچنین برای افزایش بازده طراحی ذکر شده با استفاده از یک محفظه بازیافت انرژی - HRSG - 6، از گازهای داغ خروجی از توربین برای تولید حرارت - بخار - استفاده میکنیم. در حقیقت سعی بر آن است تا با استفاده از گازاهی مازاد فلر، تولید همزمان توان و حرارت داشته باشیم. در نهایت برای بررسی این طرح از لحاظ جنبههای فنی - ترمودینامیکی - و اقتصادی از روشهای فنی اکسرژی و اقتصادی ترمواکونومیکی بهره میبریم.
.2 تشریح فرآیند
فرآیند مورد بررسی ترکیبی از سیکل توربین گازی، بازیافت حرارت و فشرده سازی گاز فلر میباشد. مشخصات گاز فلر در جدول - - 1 اورده شده است. همانطور که در شکل - 1 - نشان داده شده، گاز فلر پس از عبور از مرحله فشردهسازی - کمپرسورهای C-2 و - C-3 و خنک شدن توسط کولر هوایی AC-1 به عنوان سوخت وارد محفظه احتراق سیکل توربین گازی میشود. هوای مورد نیاز جهت احتراق توسط کمپرسور C-1 فشرده شده و وارد محفظه احتراق خواهد شد. گازهای حاصل از احتراق باعث حرکت توربین T-1 شده و تولید توان صورت میگیرد . همچنین گازهای داغ خروجی از توربین وارد محفظه بازیافت حرارت - HRSG - شده و با خوراک آب ورودی انتقال حرارت داده و بخار با درجه حرارت بالا تولید میشود. شرایط ترمودینامیکی جریانهای فرآیند در جدول - 2 - آورده شده است.
شکل : - 1 - نمودار جریانی فرآیند تولید همزمان حرارت و توان با استفاده از گاز فلر
جدول : - 1 - ترکیبات جریانهای فرآیندی
