Προσομοίωση της διεργασίας απομάκρυνσης όξινων αερίων από φυσικό αέριο και απαέρια καύσης

Πλακιάς, Δημοσθένης; Plakias, Dimosthenis

dc.contributor.author	Πλακιάς, Δημοσθένης	el
dc.contributor.author	Plakias, Dimosthenis	en
dc.date.accessioned	2019-07-25T07:35:02Z
dc.date.available	2019-07-25T07:35:02Z
dc.date.issued	2019-07-25
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49149
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16789
dc.rights	Default License
dc.subject	Θερμοδυναμική	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Μοντελοποίηση	el
dc.subject	Αναλυτικός υπολογισμός παραγώγων	el
dc.subject	Thermodynamics	en
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Aspen Hysys	en
dc.subject	Modelling	en
dc.subject	Analytical calculation of derivatives	el
dc.title	Προσομοίωση της διεργασίας απομάκρυνσης όξινων αερίων από φυσικό αέριο και απαέρια καύσης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-07-04
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται μεγάλη αύξηση του ποσοστού CO2 στην ατμόσφαιρα που οφείλεται κυρίως σε ανθρωπογενείς βιομηχανικές δραστηριότητες, με κυριότερη αυτών την παραγωγή απαερίων από ηλεκτροπαραγωγικές μονάδες. Οι επιπτώσεις για το περιβάλλον είναι καταστροφικές με την εντατικοποίηση του φαινομένου του θερμοκηπίου και τις συνέπειές της να πλήττουν τον πλανήτη, φανερώνοντας την ανάγκη δέσμευσης μεγάλου ποσοστού του απορριπτόμενου CO2. Από την άλλη, διοξείδιο του άνθρακα υπάρχει τις περισσότερες φορές φυσικά στα κοιτάσματα φυσικού αερίου και η αφαίρεσή του σε μεγάλο βαθμό είναι αναγκαία, αφού το διοξείδιο μειώνει το ενεργειακό περιεχόμενο του αερίου αλλά και προξενεί κινδύνους διάβρωσης του εξοπλισμού. Για τους παραπάνω λόγους είναι απαραίτητη η ελάττωση του ποσοστού διοξειδίου του άνθρακα σε απαέρια και φυσικό αέριο. Μια από τις πιο δημοφιλείς, συχνά εφαρμοζόμενες τα τελευταία 60 χρόνια και αποτελεσματικές διεργασίες που έχει προταθεί για την απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα από απαέρια και φυσικό αέριο είναι η χημική απορρόφηση CO2 σε υδατικά διαλύματα αλκανολαμινών, παρά τις ενστάσεις που υπάρχουν για το λειτουργικό της κόστος κατά την αναγέννηση του διαλύτη. Στην παρούσα εργασία γίνεται αρχικά η μελέτη των δυο αυτών διεργασιών (καθαρισμού απαερίων και φυσικού αερίου) με προτεινόμενα πακέτα ιδιοτήτων στους εμπορικούς προσομοιωτές Aspen HYSYS V8.8 (για τα απαέρια καύσης) και Unisim Design R451 (για το καθαρισμό του φυσικού αερίου). Σε κάθε περίπτωση το κατάλληλο πακέτο επιλέγεται ανάλογα με την ικανότητα του να περιγράψει εκάστοτε πειραματικά δεδομένα που σχετίζονται με τις διεργασίες και αναπτύσσονται ρεαλιστικές προσομοιώσεις με εξοπλισμό και τροφοδοσίες που βρίσκονται βιβλιογραφικά, για την επίτευξη των επιθυμητών ποσοστών καθαρισμού. Στη συνέχεια, εφόσον πρόκειται για δύο διεργασίες χωρίς ιδιαίτερες διαφορές, εκτελείται ανάλυση ευαισθησίας μόνο στην περίπτωση των απαερίων με σκοπό την εύρεση των σημαντικών για αυτού του είδους τις διεργασίες λειτουργικών παραμέτρων. Αποδυκνείεται ότι, η επιλογή του κατάλληλου λόγου ανθράκωσης ως προς την τροφοδοσία του διαλύτη, το ύψος των στηλών απορρόφησης και απογύμνωσης αλλά και το ποσοστό απορρόφησης που θα επιλεχθεί –αν και συνήθως είναι γύρω στο 90%- διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο για την ενεργειακή κατανάλωση της όλης διεργασίας. Στη συνέχεια, υπολογίζονται οι απαραίτητες παράμετροι του μοντέλου UMR-PRU, που δημιουργήθηκε στο εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς του Ε.Μ.Π, ώστε αυτό να μπορεί να περιγράψει μίγμα φυσικού αερίου ή απαερίων με υδατικά διαλύματα αλκανολαμινών. Οι παράμετροι αυτές υπολογίζονται με προσαρμογή του μοντέλου σε πειραματικά δεδόμενα ισορροπίας φάσεων ατμών-υγρού. Σε κάθε περίπτωση οι προσαρμογές έδωσαν ικανοποιητικό σφάλμα, αλλά και το UMR-PRU έπειτα από την εξαγωγή των εν λόγω παραμέτρων είχε τη δυνατότητα καλύτερης περιγραφής της φυσικής ισσοροπίας συγκρινόμενο με τα εμπορικά πακέτα ιδιοτήτων Acid Gas (HYSYS) και Amine Package (Unisim). Τέλος, γίνεται αναλυτικός υπολογισμός των απαραίτητων -για τον υπολογισμό διάφορων ιδιοτήτων (ενθαλπία, ειδική θερμοχωρητικότητα)- παραγώγων και πραγματοποιείται επαλήθευση της ορθότητας των υπολογισμών με αριθμητικές μεθόδους. Ο υπολογισμός αυτός είναι απαραίτητος για την εισαγωγή του UMR-PRU σε εμπορικούς προσομοιωτές. Το μοντέλο εισέρχεται στο Aspen HYSYS V8.8 μέσω της τεχνολογίας Cape-Open.	el
heal.abstract	Lately, there is a large increase in the CO2 percentage that is released into the atmosphere, mainly due to man-made industrial activities like the production of flue gases in power plants. The repercussions for the environment are severe, as greenhouse effect intensification and its consequences harm the planet. For this reason is essential to capture a significant amount of the discarded CO2 . Carbon dioxide also exists naturally to natural gas. In this case, its reduction to a certain degree is essential, because carbon dioxide reduces the energy content of natural gas and causes corrosion problems to the equipment. For these reasons, it is necessary to reduce the CO2 percentage in flue gases and natural gas. A highly efficient and applicable process, which is used the last 60 years, is chemical absorption of CO2 using aqueous solutions of alkanolamines, despite the fact that in this process the operational cost is considered to be high especially for the solvent regeneration. At first, these two processes (cleaning of natural gas and flue gases) are being studied in this thesis, using suggested fluid packages in process simulators such as Aspen HYSYS V8.8 (for flue gases) and Unisim Design R451 (for the natural gas). In each case the appropiate fluid package is being selected, taking into account its ability to describe successfully experimental data that is related to these processes. Realistic simulations are being developed, using equipment and feed, which are found in literarute, in order to achieve the desired carbon dioxide recovery. In addition, as these two processes are very similar, a sensitivity analysis is performed only for the flue gases cases, in order to understand which operational parameters are important to these processes. The results indicate that the loading of solvent in the feed, the height of absorber and stripper and absorption percentage –which normally is 90%- are of great importance for the energy consumption of the process. Subsequently, the necessary parameters of the UMR-PRU model, which was developed in the Thermodynamics and Transport Phenomena laboratory of NTUA, are estimated. The objective is to develope a model that can describe mixtures of natural gas or flue gases with aqueous solutions of alkanolamines. These parameters are determined by fitting the UMR-PRU interaction parameters to vapor-liquid experimental experimental data. The correlation results were satisfying in every system. UMR-PRU, after the calculation of the above mentioned parameters, was able to describe better than Acid Gas and Amine Package the phase equilibrium. Finally, analytic calculations of the necessary- for the calculations of properties such as entropy and Cp- derivatives are done. These calculations are verified using arithmetic methods and are essential for the insert of UMR-PRU to simulators. UMR-PRU is inserted to Aspen HYSYS v8.8 via the Cape-Open technology and several simple calculations are done without error.	en
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Μαγουλάς, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ). Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	140 σ.
heal.fullTextAvailability	true