22911

مدلسازي ترموديناميكي تعادل گازهاي حاصل از احتراق در نيروگاه و آب سازندي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1395-1398

1398/8/29

دكتر مهدي عصاره - دكتر فزانه فيضي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

انقلاب صنعتي و رشد روزافزون صنايع مختلف موجب توليد و انتشار آلايندههاي گازي و گازهاي گلخانهاي شده است. در سالهاي اخير، محققان به آلودگي هوا از طريق گازهاي حاصل از احتراق نيروگاه توجه زيادي ميباشند. CO2 ،SO2 ،CO ،NOx داشته و سعي در كاهش آن را دارند. گازهاي حاصل از احتراق مانند همچنين دفع پسماندهاي توليد نفتي به ويژه آب توليدي كه خود داراي تركيبات سنگين و اورانيوم دار ميباشد، مشكلات زيادي داشته است. يكي از اين راهها تزريق دوباره اين آب توليدي به لايههاي زيرزميني است. جداكردن دي اكسيد كربن و رخيرهسازي آن، يك استراتژي براي كاهش انتشار گازهاي گلخانهاي است. آب توليدي از مخزن حاوي املاح و نمكهاي حل شده مختلفي است. معمولترين نمكهايي كه در آب در اين تحقيق، مدلسازي ترموديناميكي .NaCl, KCl, MgCl2, CaCl توليدي شور وجود دارند عبارتند از: 2 تعادل گازهاي حاصل از احتراق در نيروگاه و آب سازندي مورد بررسي قرار گرفته است. هدا آن است كه توانايي آب توليدي از لايههاي زيرزميني در فشارهاي سرچاهي براي نگهداشت اين گازها در فاز مايع بررسي شود. در محاسبه خواص )SAFT( در پايان نامه حاضر، از معادله حالتي بر مبناي تئوري آماري زنجيره اغتشاشي فازي اعم از چگالي و فشار بخار محلولهاي الكتروليتي استفاده شده است. معادله حالت ارائه شده براي مجموعه وسيعي از نمكها كاربرد دارد. در حقيقت، معادله حالت الكتروليتي ارائه شده، تركيبي از معادله حالت ناميده ميشود و حضور نيروهاي بين ePC-SAFT و تئوري دباي هوكل ميباشد كه معادله حالت PC-SAFT و نيروهاي الكترواستاتيكي توسط تئوري PC-SAFT مولكولي دافعه، پراكندگي و تجمعي توسط معادله حالت دباي هوكل محاسبه ميشوند. به دليل پيچيدگيهاي رياضي در معادله حالت تعريف شده، در ابتدا مدل براي مواد خالص مورد استفاده قرار گرفت و سپس طي مراحلي گام به گام مدل براي سيستمهاي پيچيدهتر مانند مخلوطهاي شامل مواد غيرتجمعي، تجمعي و الكتروليت توسعه داده شد. پارامترهاي معادله حالت شامل تعداد بخشها، قطر بخش، انرژي پراكندگي، حجم تجمعي و انرژي تجمعي ميباشند. دو پارامتر آخر تنها براي مواد تجمعي داراي پيوند هيدروژني بكار ميروند. در اين تحقيق، ابتدا صحت سنجي معادله حالت براي سيستم هاي غير تجمعي، تجمعي مواد خالص مانند آب، تولوئن، بوتان متان و دي اتيل اتر به كمك الگوريتم بهينه سازي تبريد شبيه سازي شده انجام شد و در ادامه براي سيستمهاي دوتايي مانند متانول-ايزوبوتان، متانول- 1-اكتانول، آب كربن دياكسيد مورد بررسي قرار گرفت. پس از آن ضرايب اندركنش مولكولهاي گازي مختلف با آب تنظيم شد. در نهايت، تعادل بين گازهاي حاصل از احتراق نيروگاه و آب سازند مورد بررسي قرار گرفت. ارزيابي نتايج مدل با دادههاي تجربي نشان ميدهد كه تعادل گازهاي موجود در گاز حاصل از احتراق نيروگاه با آب حاوي نمكهاي مختلف توسط الگوريتم فلش محاسبه شده توسط مدل با دادههاي آزمايشگاهي تطابق خوبي دارند.

1399/10/10

Thermodynamic modeling of equilibrium flue gas from power plant and formation water

11/19/2020 12:00:00 AM

The industrial revolution and the growing growth of various industries have resulted in the production and distribution of greenhouse gases and gases. In recent years, researchers have been paying close attention to air pollution through combustion gases and are trying to reduce it. The flue gases are NOx, CO, SO2, CO2. The disposal of petroleum by-products, especially water produced by heavy and uranium-containing compounds, has also had many problems. One way is to inject this produced water into the underground layers. Carbon dioxide removal and storage is a strategy to reduce greenhouse gas emissions. The water produced from the reservoir contains various solutes and dissolved salts. The most common salts present in saline water are NaCl, KCl, MgCl2, CaCl2. In this study, the thermodynamic modeling of equilibrium gases from combustion at the power plant and construction water is investigated. The aim is to investigate the ability of underground layers of water to produce these gases in the liquid phase. In this thesis, the equation of state based on the perturbation chain statistical theory (SAFT) is used to calculate the fuzzy properties such as density and pressure of electrolyte solutions. The equation of state presented applies to a large set of salts. In fact, the electrolyte equation of state presented is a combination of the PC-SAFT equation of state and Debye-Huckel theory called the ePC-SAFT equation of state and the presence of repulsion, dispersion, and association intermolecular forces are calculated by the PC-SAFT equation of state and electrostatic forces are computed by Debye-Huckel theory. Because of the mathematical complexity of the state equation, the model was first used for pure materials And then the model was developed step-by-step for more complex systems such as mixtures containing non-associated materials, association, and electrolytes. The parameters of the equation of state include the number of segments, segment diameter, dispersion energy, association volume, and association energy. The last two parameters are only applicable to the hydrogen-bonded association. In this research, the state equation validation for non-association pure materials systems was performed by the simulated annealing optimization algorithm Subsequently, binary systems were investigated. Then the binary interaction coefficients of different gaseous molecules with water were adjusted. Finally, the equilibrium between the combustion gases and the formation water was investigated. Evaluation of the model results with the experimental data shows that the equilibrium of the gases in the gas resulting from the combustion of the plant with water containing different salts by the flash algorithm calculated by the model is in good agreement with the laboratory data.