بخشی از مقاله
چکیده:
تولید و صرفه جویی در منابع انرژی و حفاظت ازمحیط زیست از پارامترهای کلیدی در جهان می باشد. در حال حاضر مقدار قابل توجهی از گازهای قابل بازیافت در جهان به اتمسفر تخلیه شده یا برای سوختن به فلرها فرستاده می شود. بخش قابل توجه گازهای ارسالی به فلرها، ترکیباتی مانند: گازطبیعی، اتیلن، پروپیلن، برش های چهارکربنه وهیدروژن بوده که از لحاظ اقتصادی بسیارباارزش می باشند .
امروزه استفاده منطقی از انرژی در صنعت، به عنوان یک ضرورت موردتوجه قرار گرفته است و صنعت پالایشگاه نیز به عنوان یکی از مصرف کنندگان عمده انرژی محسوب شده و هزینه زیادی در آن صرف تامین انرژی می شود. در بیشتر این مراکز صنعتی برخلاف این که در مقوله مصرف جهت اصلاح فرهنگ سازی می گردد، مقادیر زیادی از منابع انرژی از طریق فلرینگ به هدر می رود در صورتی که با استفاده از تکنولوژی تولید برق می توان از گازهای فلرینگ پالایشگاه استفاده نموده و از این طریق انرژی الکتریکی تولید نمود.
در این مقاله با استفاده از نرم افزار هایسیس به شبیه سازی و ارزیابی اقتصادی استفاده از واحد تولید برق برای جریان گازی با دبی8/176 میلیون فوت مکعب در روز اختصاص داده شده است که نتیجه حاصله تولید 35 مگاوات برق تولیدی است.
مقدمه
در دنیای کنونی به دلیل پر رنگ تر شدن مباحث مدیریت و سامان دهی مصرف انرژی در همه حوزه ها و بخش ها از جمله صنعت، اقدامات مرتبط در این زمینه ها با سرعت زیادی در حال توسعه و فراگیرشدن می باشد. با توجه به افزایش روز افزون درخواست انرژی در جهان و به تبعه آن کشور ایران و هم چنین اتمام پذیری ذخایر هیدروکربنی، نیاز به رفع مشکل تامین انرژی را روز به روز افزایش می دهد.
نیاز به ارتقاء بهره وری انرژی در صنایع به خصوص صنایع نفت، گاز و پتروشیمی و همچنین دیگر صنایع مصرف کننده عمده انرژی و با عنایت به اینکه حدود 60 درصد از انتشار کربن ودیگرگازهای گلخانه ای از تولید انرژی حادث می شود، همچنین با توجه به تهدیدها و پیامدهای گرم شدن کره زمین و تغییرات آب و هوایی، توسعه مدیریت و بکارگیری استراتژی های کارآمد جهت بهینه سازی و کاهش مصارف حامل های انرژی امری بسیار مهم و قابل توجه می باشد
استفاده ی روز افزون جامعه بشری از سوخت های فسیلی و آلودگی های ناشی از فرایندهای شیمیایی، لزوم یافتن راهکاری برای جلوگیری از آلوده تر شدن محیط زیست و همچنین استفاده بهینه از گاز طبیعی به عنوان یکی از منابع گرانبهای زیرزمینی را فراهم می سازد. فلرینگ یکی از عوامل اصلی در به هدر رفتن منابع عظیم گازی و همچنین یکی ازمهم ترین عوامل در آلودگی محیط زیست می باشد. بنابر این لزوم جایگزینی این فرایند با سایر فرایند های زیست سازگار و همچنین استفاده بهینه و مجدد از tail gas خروجی از واحد های پتروشیمی وپالایشگاهی یکی از مهم ترین دغدغه های حال حاضر مهندسین شیمی و دوست داران محیط زیست می باشد
ازآنجاکه فلرها اصلیترین راه اتلاف انرژی در پالایشگاهها بوده و بیش ترین میزان آلایندههای زیستمحیطی نیز از این سیستمها منتشر میگردد، به همین دلیل توجه به بهبود این سیستمها و اصلاح این بخش از اهمیت زیادی برخوردار میباشد و رفته رفته توجه کارشناسان و مهندسین به بهبود عملکرد این سیستم ها جلب شده تا با انجام تغییراتی بتوانند اتلاف انرژی بسیارزیاد و ضعف این سیستم درحذف برخی آلودگی ها راکاهش دهند.[3] در این راستا میتوان راهکارهایی را ارائه نمود تا میزان جریان ارسالی به فلر به حداقل برسد و با توجه به توجیهات اقتصادی، به کمک طراحی یک سیستم فشرده سازی گاز، می توان میزان فلرینگ پالایشگاه را به صورت چشم گیری کاهش داد.
بخش تجربی -1 تولید انرژی الکتریکی
نیروگاه برق مجموعهای ازتاسیسات صنعتی است که از آن برای تولید انرژی الکتریکی استفاده میشود. وظیفه اصلی یک نیروگاه تبدیل انرژی ازدیگرشکل های آن مانند انرژی شیمیایی، انرژی هستهای، انرژی پتانسیل گرانشی و غیره به انرژی الکتریکی است.تقریباً در همه نیروگاهها وظیفه اصلی بر عهده مولد یا ژنراتور است؛ ماشینی دوار که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. انرژی مورد نیازبرای چرخاندن یک ژنراتور از راه های مختلفی تامین می شود وعموما به میزان دسترسی به منابع مختلف انرژی در آن منطقه و دانش فنی گروه سازنده بستگی دارد. در یک نیروگاه حرارتی انرژی مکانیکی مورد نیازبرای به حرکت درآوردن مولدها به وسیله حرارتی که معمولا از سوختن سوخت ها به وجود می آید تامین می شود.
بر طبق قانون دوم ترمودینامیک هرگز نمی توان تمامی انرژی حرارتی را به انرژی مکانیکی تبدیل کرد؛ بنابراین همیشه مقداری از حرارت اضافی در محیط آزاد می شود، حال اگر از این حرارت برای انجام فرآیندهای صنعتی یا گرمایش ناحیه ای استفاده کنیم می توانیم راندمان استفاده از انرژی را بالا ببریم. این روش که در برخی تاسیسات حرارتی مورد استفاده قرار می گیرد، سیستم ترکیبی گرما و نیرو یا Combined Heat - CHP - and Power نام دارد.
به طورکلی سیستم های CHP، سیستم هایی هستند که حاوی یک محفظه احتراق بوده ، سوخت وارد این محفظه احتراق شده و محترق می شود. بدین ترتیب این سوخت انرژی زیادی پیدا می کند که این انرژی باعث چرخاندن پره های توربینی که به یک توربوژنراتور متصل است می شود. پس از چرخاندن پره های توربین، گاز داغ انرژی خود را آزاد می کند که این نرژی به صورت گرما می باشد
از این انرژی گرمایی می توان جهت گرمایش واحدهایی که نیاز به گرمایش دارند و همچنین به عنوان سیال گرم استفاده نمود. اما از طرف دیگر پس از چرخش توربین و به حرکت درآمدن موتور توربوژنراتور، انرژی مکانیکی تبدیل شده و برق به دست می آید.
با توجه به این که راندمان حرارتی و الکتریکی سیستم های CHP بالا می باشد، استفاده از این سیستم ها در تمامی نقاط مرسوم بوده و جا افتاده است. البته باید توجه نمود که راندمان سیستم های CHP با بالا رفتن سایز و افزایش میزان تولید الکتریسیته بالا می رود. به گونه ای که کوچک ترین واحد تولید همزمان برق و حرارت - - CHP دارای راندمان 50 درصد و بزرگ ترین این واحد ها راندمان 90 درصد دارد.
-2 شبیه سازی فرآیند تولید برق سیکل تولید برق ازگازطبیعی که در این شبیهسازی و بهطورمعمول استفاده میشود سیکل سادهای است و دارای بازده نسبتاً بالایی میباشد. میتوان سوخت توربین گازی را بهصورت سوخت مایع یا گاز استفاده کرد اما سوخت گازی ازنظر هزینه کمتر نگهداری بر سوخت مایع ارجحیت دارد. سیکل مورداستفاده در توربین گازیمعمولاً سیکل برایتون است که سیکلی با بازده بالاست و در این شبیهسازی از این سیکل استفادهشده است.
در این سیکل هوا از اتمسفر گرفتهشده تا فشار23 بار فشرده میشود و به همراه گاز طبیعی در محفظه احتراق میسوزد، گاز گرم توربین گازی را به حرکت درمی آوردوتولید انرژی مکانیکی می کندکه این انرژی در ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل میشود. برای شبیهسازی این سیکل در محیط اسپن هایسیس همانگونه که در شکل - 1 - میبینید ابتدا فشار هوا - جریان - in-2 با شریط دما 20 درجه سانتی گراد وفشار 1/013 بار ودبی 35 میلیون فوت مکعب درروز - - MMSCFDو گازهای ارسالی به فلر - جریان - in-1 را به فشار موردنیاز برای انجام واکنش در محفظه احتراق میرسانیم. سپس در محفظه احتراق عملیات سوختن رخ میدهد. برای شبیهسازی محفظه احتراق در محیط اسپن هایسیس از یک راکتور تبدیلی CRV-100 استفاده میکنیم. واکنشی که در این راکتور رخ میدهد در زیر آورده شده است:
CO2 +2H 2O × CH4 + 2O2
پس از انجام واکنش مطابق شکل گازهای گرم خروجی وارد توربین میشوند و انرژی خود را به توربین میدهند.
نتایج و بحث
توان برآورد شده از طریق شبیهسازی فرایندتولیدبرق در نرم افزار هایسیس مقدار 35 مگاوات میباشد که این میزان برق برای جریانی با شرایط دمایی 30/27 درجه سانتیگراد، فشار8/013 بار و دبی 8/176 میلیون فوت مکعب در روز حاصل شده است. برای 35 مگاوات برق تولیدی مبلغ 7339 دلار برآورد می شود که با تحلیل نتیجه حاصله پی به اهمیت استفاده از انرژی برق و همچنین استفاده مجدد از گازهای دورریزفلرینگ قابل بازیابی خواهیم برد.
نتیجه گیری
در مورد تولید برق باتوجه به شرایط بحران انرژی برق درکشور وآلودگی های زیست محیطی ناشی ازگازهای فلرینگ که باعث ایجاد گازهای گلخانه ای می گردد؛ ازاحداث واحدهای جدید تولیدبرق استقبال می شود؛ زیرا یا می توان برق تولیدی را به شبکه سراسری تزریق نمود ویا با کم نمودن مصرف سوخت گازطبیعی درپالایشگاه ها سوخت صرفه جویی شده را جهت توسعه نیروگاه های کشورو یا احداث تولیدات پراکنده به کار برد.
