23131

بررسي فرآيندهاي تقطيري مبتني بر ماتريس جداسازي به منظور سنتز اتوماتيك فرآيند LTFT GTL

كارشناسي ارشد

طراحي فرايند

1396

1399/06/30

دكتر نوراله كثيري - دكتر اميرحسين خليلي كرگاني

دكتر جواد ايوك پور

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين پژوهش سعي شده است با پوشش بخش جداسازي فرآيند LTFT GTL، به عنوان يكي از فرآيندهايي كه بخش عظيمي از انرژي را مصرف مي‌كند، گام مؤثري در پيشرفت اين فرآيند برداشته شود. به منظور دستيابي هرچه سريع‌تر و دقيق‌تر به نتايج بهينه‌يابي پارامترهايِ مؤثر در جداسازي، سيستمي يكپارچه نيز به اين منظور توسعه داده شده است. از يك بستر كدنويسي به منظور توسعه سيستم يكپارچه استفاده شده است، كه باعث افزايش قابل توجه در سرعت محاسبات گشته است. علاوه بر اين، سيستم اين امكان را فراهم مي‌كند تا با تعريف خوراك و اجزاء محصول و ضرايب مورد نياز، نتايج بهينه‌يابي پس از انجام محاسبات به صورت خودكار در اختيار شما قرار گيرد. از ماتريس جداسازي به عنوان بستري مناسب كه قابليت توليد تمام چيدمان‌هاي ممكن با توجه به تعداد اجزاء جداسازي را داراست، جهت توليد فضاي جست‌وجو استفاده شده است. در پژوهش انجام شده با توجه به توليد چهار محصول، 17 چيدمان ممكن مورد بررسي قرار گرفت. پارامترهاي مؤثر در جداسازي از جمله تعداد سيني‌ها، سيني خوراك، فشار برج، نسبت جريان برگشتي و شدت جريان‌هاي متغير در جداسازي‌هاي غيرقطعي توسط الگوريتم ژنتيك به منظور كاهش هزينه كلي ساليانه، بهينه‌يابي شد. نتايج حاصل از بهينه‌يابي حاكي از آن است كه چيدمان مستقيم با كم‌ترين هزينه سالانه كلي (10.59 ميليون دلار در سال) و كم‌ترين اتلاف اكسرژي نسبت به ساير چيدمان‌ها، بهترين عملكرد را دارا مي‌باشد. چيدمان ساده مستقيم، در حالي در جايگاه اول قرار دارد كه هزينه‌هاي كنترلي و دشواري ساخت تجهيزات كه در برج‌هاي پيچيده كه به فرآيند تحميل مي‌شود، در مورد آن مطرح نيست. در حالي دو چيدمان مستقيم(SM1) و غيرمستقيم (SM5) در دانش‌فني هاي شركت هاي مطرح اين حوزه پر تكرارند كه انتخاب چيدمان غيرمستقيم با هزينه سالانه 13.41 ميليون دلار، 26% نسبت به چيدمان مستقيم هزينه در پي خواهد داشت، كه نشان از بستر مناسب تحقيقات در حوزه جداسازي فرآيند LTFT GTL دارد.

1399/11/08

Design and optimization of distillation column sequencing for the LTFT GTL process

9/20/2020 12:00:00 AM

Over the last decades, as global energy demand and crude oil prices rise, alternative routes to produce hydrocarbons and petrochemicals are becoming more economically attractive. Natural gas is rapidly becoming an important source of worldwide energy. Gas to liquid (GTL) is one of the main processes that liquefied natural gas through chemical conversion. The key concept of a GTL process is the chemical conversion of natural gas into longer chain hydrocarbons that can be upgraded and separated into useful hydrocarbons such as naphtha, diesel, kerosene, etc. The approach of this work is to introduce another systematic method which could automatically select the optimal configuration between alternatives much faster than previous methods. Existing methods mostly connects common process simulator and computing programs, consuming long processing times to achieve the optimal configuration. Due to this work and the set targets, a generalized disjunctive programming formulation is presented which includes 3 mains (Generate search space by the separation matrix, Simulate and Optimize). In this work, the possible structures such as simple and complex configurations that separate the four LTFT GTL main products, are generated by the separation matrix. Peng Robinson equation of state is used for thermodynamic properties and equilibrium prediction package. The simulation of each configuration is carried out in two steps. Initially, shortcut simulations are carried out according to FUG algorithm, to find the preliminary data (minimum reflux, minimum stages, and location of feed stage) needed as the initial estimate for the next step, rigorous simulations, according to inside-out algorithm. A wide variety of effective design variables in the distillation process such as the number of equilibrium stages, feed stage location, columns’ pressure, side streams and their locations and flow rates in a complex configuration, are optimized through minimizing TAC for each configuration. Optimization results show that direct sequence has the best overall performance with the lowest total annual cost ($ 10.59 million per year) and the lowest exergy loss compared to other sequences. The research results show the superiority of direct sequence while the indirect sequence is repetitive in LTFT GTL plants licenses. However, the indirect sequence increases the TAC about 27% compared to direct sequence. The results show that the LTFT GTL separation process could be an attractive research platform.