شبیه‌سازی و بهبود عملکرد چرخه مبرد تک‌مرحله‌ای جهت تولید گاز طبیعی مایع شده

نوع مقاله : ترویجی

نویسندگان

1 استاد، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان

3 استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان

چکیده

گاز طبیعی مایع شده توسط کاهش دمای گاز طبیعی تا دمای 160- درجه سلسیوس به‌دست می‌آید، در این تحقیق با استفاده از نرم‌افزار ASPEN HYSYS، چرخه مایع‌سازی PRICO که شامل دو کمپرسور و یک مبدل حرارتی است، شبیه‌سازی شد. شبیه‌سازی در دو حالت فشار بالا (7945Kpa) و فشار پایین گاز طبیعی (2861Kpa) انجام شد. تابع هدف کمینه کردن مصرف ویژه انرژی فرایند است. در بهترین حالت مصرف انرژی 0/316Kwh/KgLNG به‌دست آمد که در مقایسه با مقدار مرجع %22 کاهش را نشان می‌دهد. با تحلیل آنالیز حساسیت نتیجه گرفته شد که هر چه دبی مولی متان، اتان، پروپان و نیتروژن در ترکیب مبرد افزایش یابد مصرف ویژه انرژی هم افزایش می‌یابد. علاوه بر آن بهتر است درصد ایزوپنتان در مبرد بالا باشد تا بتوان به کم‌ترین مصرف ویژه انرژی رسید. علاوه بر آن ضریب عملکرد هم مورد بررسی قرار گرفت که در فشار بالا به 3/12 رسید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation &Improvement of Single Stage Refrigeration Cycle for Production of LNG

نویسندگان [English]

  • Mortaza Zivdar 1
  • Elahe Mahdavi 2
  • Kianoosh Razzaghi 3
1 Professor, Chemical Engineering Department, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan.
2 MSc, Chemical Engineering Department, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan.
3 Assistant Professor, Chemical Engineering Department, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan.
چکیده [English]

Liquefied natural gas is obtained by reducing the temperature of natural gas to a temperature of -160, in this study, by using ASPEN HYSYS software, the PRICO liquefaction cycle, which includes two compressors and a heat exchanger, was simulated. The simulations were performed in two modes of high pressure (7945 Kpa) and low pressure of natural gas (2861 Kpa). The objective function was to minimize the specific energy consumption of the process. The energy consumption was 0.316 kWh / kgLNG, which showed a decrease of 22% compared to the reference value.
From Sensitivity analysis, it was concluded that the higher the molar flow rate of methane, ethane, propane and nitrogen in the refrigerant composition, the higher the specific energy consumption. In addition, it is better to have a high percentage of isopentane in the refrigerant to achieve the lowest specific energy consumption. In addition, the coefficient of performance was examined, which in the high pressure reached 3.12.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Natural gas liquefaction
  • energy
  • Exergy
  • Simulation
  • PRICO
[1] Mokhatab S, Y. Mak J, V. Valappil J, D A. Wood; Handbook of Liquefied Natural Gas, Gulf Professional Publishing, ISBN 978-0-12-404585-9, https://doi.org/10.1016/C2011-0-07476-8, 2014.
[2] Rivera V, Aduku A, Harris O; Evaluation of LNG technologies. The University of Oklahoma. 2008.
[3] Vatani, Ali, Study of natural gas liquefaction technologies and technology selection based on the ability to increase the scale and perform the selected conceptual technology design. National Iranian Gas Company, University of Tehran, 2016.
[4] Al-Sobhi S, Alfadala H, & El-Halwagi M M; Simulation and Energy Integration of a liquefied Natural gas (LNG) Plant. In H. Alfadala, G. Reklaitis, & M. M. El-hallway (Eds.), Advances in Gas Processing: Proceedings of the 1st International Gas Processing Symposium, 2009, pp. 131–135, DOI:10.1016/B978-0-444-53292-3.50018-3.
[5] Aspelund A, Gundersen T, Myklebust J, Nowak MP, Tomasgard A; An optimization-simulation model for a simple LNG process, Computers and Chemical Engineering 34 (2010), pp. 1606–1617, DOI: 10.1016/j.compchemeng.2009.10.018.
[6] Xu X, Liu J, Cao L; Optimization and analysis of mixed refrigerant composition for the PRICO natural gas liquefaction process. Cryogenics, Volume 59, 2014, pp. 60-69, https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2013.11.001.
[7] Venkatarathnam G, Timmerhaus KD, Carlo Rizzuto; Cryogenic Mixed Refrigerant Processes, New York: Springer; 2008, International Cryogenics Monograph Series, https://doi.org/10.1007/978-0-387-78514-1, eBook ISBN 978-0-387-78514-1.
[8] Chunhe J, Yilong Y, Heechang S, Youngsub L; Novel propane-free mixed refrigerant integrated with nitrogen expansion natural gas liquefaction process for offshore units, Energy, Volume 238, Part A, 2022, 121765, https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121765
[9] نیلوفری، علی،1399، شبیه‌سازی پویا و کنترل چرخه سردسازی مبرد آمیخته جهت تولید گاز طبیعی مایع، پنجمین همایش بین‌المللی نفت، گاز، پتروشیمی و HSE، همدان
[10] Fernando Almeida-Trasvina, Robin Smith, and Megan Jobson; Development of an Energy-Efficient Single Mixed Refrigerant Cycle for Small-Scale LNG Production, Industrial & Engineering Chemistry Research, July 2021, https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c00432.
[11] Lucas F. Santos, Caliane B. B. Costa, José A. Caballero & Mauro A. S. S. Ravagnani; Design and optimization of energy-efficient single mixed refrigerant LNG liquefaction process, Brazilian Journal of Chemical Engineering, volume 38, pp. 669–682 (2021), https://doi.org/10.1007/s43153-021-00111-8.
[12] Nikkho S, Abbasi M, Zahirifar J, Saedi M, Vatani A. Energy and exergy investigation of two modified single mixed refrigerant processes for natural gas liquefaction. Computers & Chemical Engineering. Volume 140, September 2020, https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2020.106854.