مقایسۀ رفتار ترمودینامیکی اتان و اتیلن در چرخۀ مبرد آمیختۀ فرایند مایع‏سازی گاز طبیعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 استادیار مهندسی شیمی، پژوهشگاه صنعت نفت

3 دانشیار مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

4 کارشناس مهندسی شیمی، پژوهشگاه صنعت نفت

چکیده

یکی از مهم‏ترین عوامل مؤثر بر انرژی مصرفی کمپرسورها در فرایند مایع ‏سازی گاز طبیعی، نوع اجزای مبرد آمیخته است. در پژوهش ‏های اخیر اجزای مختلفی استفاده شده‏ که اتان یا اتیلن در آن‏ها وجود داشته است. تاکنون بین عملکرد این دو جزء در مبرد آمیخته مقایسه ‏ای انجام نشده است. در این مقاله ابتدا خواص ترمودینامیکی اتان و اتیلن مقایسه شد. سپس برای بررسی عملکرد آن‏ها در مبرد آمیخته، فرایند PRICO به‌عنوان رایج‏ترین فرایند مایع ‏سازی مقیاس کوچک با سه نوع مبرد پنج‏ جزئی شامل اتان، شبیه‏ سازی و سپس با استفاده از ابزار الگوریتم ژنتیک در MATLAB 2019a بهینه ‏سازی شد. در ادامه تأثیر ترمودینامیکی جایگزینی اتیلن در این سه مبرد بر کار مصرفی کمپرسورها به‌عنوان تابع هدف بررسی شد. نتایج نشان داد که وجود اتان یا اتیلن در مبرد ضروری است و استفاده نکردن از آن‌ها در فرایند، کار مصرفی را به kW 35/3792 افزایش می‌دهد که از هر شش مورد مطالعه شدۀ دارای اتان یا اتیلن بیشتر است. هم‌چنین استفاده از اتیلن باعث کاهش کار مصرفی کمپرسورها و در مبردی با اجزای نیتروژن، متان، اتان، پروپان و ایزوبوتان، جایگزینی اتان با اتیلن باعث کاهش 28/11% در کار مصرفی فرایند می‏ شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Comparison of the Thermodynamic Effect of Ethane and Ethylene in the Mixed Refrigerant Cycle of the Natural Gas Liquefaction Process

نویسندگان [English]

  • E Sayadmosleh 1
  • L. Shirazi 2
  • M. Soleimani 3
  • M. Sarmad 4
1 M. Sc. Student of Chemical Engineering, Amirkabir University of Technology
2 Assistant Professor, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI)
3 Associate Professor of Chemical Engineering, Amirkabir University of Technology
4 B. Sc. in Chemical Engineering Research Institute of Petroleum Industry (RIPI)
چکیده [English]

The type of mixed refrigerant components is one of the most important factors affecting the energy consumption of compressors in the natural gas liquefaction process. In the recent researches, various components have been used, which usually contain ethane or ethylene. So far, no comparison has been performed between the performance of these two components in the mixed refrigerant. In this research thermodynamic properties of ethane and ethylene were compared. Then PRICO process, as the most common small-scale liquefaction process, was simulated with three types of five-component refrigerants including ethane, and then optimized using the genetic algorithm tool in MATLAB 2019a. Then, the thermodynamic effect of ethylene replacement in these three refrigerants on the work consumption of compressors as an objective function was investigated. The results indicated ethane or ethylene presence in mixed refrigerant is necessary and their absence leads to work consumption of 3792.35 kW. This value is higher than all six case that contain ethane or ethylene. Also, results showed that the use of ethylene reduces the work consumption of compressors, and in refrigerants with nitrogen, methane, ethane, propane, and i-butane components, replacing ethane with ethylene reduces process work consumption by 11.28%.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Natural gas liquefaction
  • Mixed refrigerant
  • Ethane
  • Ethylene
  • Specific heat capacity
  • Latent heat of vaporization

مراجع

 
[1] Dudley, B., "BP Energy Outlook. Technical report", British Petroleum, (2019).
[2] Lin, W., Zhang, N., Gu, A., "LNG (Liquefied natural gas): A necessary part in China’s future energy infrastructure", Energy, 35, pp. 4383-4391, (2010).
[3] He, T, Liu, Z, Ju, Y, Parvez, A. M., "A comprehensive optimization and comparison of modified single mixed refrigerant and parallel nitrogen expansion Liquefaction process for small scale mobile LNG plant", Energy, 167, pp. 1-12, (2019).
[4] Shirazi, L., Sarmad, M., Moghadasi Rostami, R., Moein, P., Zare, M., Mohammadbeygi, Kh., "Feasibility study of the small scale LNG plant infrastructure for gas supply in north of Iran (Case Study)", Sustainable Energy Technologies and Assessments, 35,pp.220-229, (2019).
[5] Lee, W., An, J., Lee, J. M., Lim, Y., "Design of single mixed refrigerant natural gas liquefaction process considering load variation", Chemical Engineering Research and Design, pp.139, 89-103, (2018).
[6] Ali, W., Abdul Qyyum, M., Qadeer, K., Lee, M., "Energy optimization for single mixed refrigerant natural gas liquefaction process using the metaheuristic vortex search algorithm", Applied Thermal Engineering, 129, pp.782-79, (2018).
[7] Xu, X., Liu, J., Cao, L., "Optimization and analysis of mixed refrigerant composition for the PRICO natural gas liquefaction process", Cryogenics, 59, pp.60-69, (2014).
[8] Mokarizadeh Haghighi Shirazi, M., Mowla, D., "Energy optimization for liquefaction process of natural gas in peak shaving plant", Energy, 35, pp.2878-2885, (2010).
[9] Shariq Khan, M., Lee, M., "Design Optimization of single mixed refrigerant natural gas liquefaction process using the particle swarm paradigm with nonlinear constraints", Energy, 49, pp. 146-155, (2013).
[10] Moein, P., Sarmad, M., Ebrahimi, H., Zare, M., Pakseresht, S., Zandie Vakili, Sh., "APCI- LNG single mixed refrigerant process for natural gas liquefaction cycle: Analysis and optimization", Natural Gas Science and Engineering, 26, pp.470-479, (2015).
[11] Ngoc Pham, T., Van Duc Long, N., Lee, S., Lee, M., "Enhancement of single mixed refrigerant natural gas liquefaction process through process knowledge inspired optimization and modification", Applied Thermal Energy, 110, pp.1230-1239, (2017).
[12] Ali, W., Qyyum, M., Qadeer, K., Lee, M., "Energy optimization for single mixed refrigerant natural gas liquefaction process using the metaheuristic vortex search algorithm", Applied Thermal Engineering, 129, pp.782-791, (2018).
[13] Qyyum, M., Van Duc Long, N., Quang Minh, L., Lee, M., "Design optimization of single mixed refrigerant LNG process using a hybrid modified coordinate descent algorithm", Cryogenics, 89, pp.131-140, (2018).
[14] Wang, X., Li, M., Cai, L., Li, Y., "Propane and iso-butane pre-cooled mixed refrigerant liquefaction process for small scale skid-mounted natural gas liquefaction", Applied Energy, 275, p.115333, (2020).
[15] He, T., Lin, W., "Design and analysis of dual mixed refrigerant processes for high ethane content natural gas liquefaction", Chinese journal of chemical engineering, 29, pp.54-364, (2021).
[16] He, T., Mao, N., Liu, Z., Abdul Qyyum, M., Lee, M., Pravez, A. M., "Impact of mixed refrigerant selection on energy and exergy performance of natural gas liquefaction processes", Energy, 199, p.117378, (2020).
[17] Moein, P., Sarmad, M., Khakpour, M., Delaram, H., "Methane addition effect on a dual nitrogen expander refrigeration cycle for LNG production", Journal of Natural Gas Science and Engineering, pp.33, 1-7, (2016).
 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار