Διαχωρισμός του αζεοτροπικού μίγματος διοξειδίου του άνθρακα - αιθανίου μέσω εκχυλιστικής απόσταξης

Ρήγου, Γαλάτεια Μαρία

dc.contributor.author	Ρήγου, Γαλάτεια Μαρία	el
dc.date.accessioned	2020-12-15T07:59:53Z
dc.date.available	2020-12-15T07:59:53Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52526
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20224
dc.rights	Default License
dc.subject	Θερμοδυναμική αξιολόγηση	el
dc.subject	Εκχυλιστική απόσταξη	el
dc.subject	Αριστοποίηση μονάδας	el
dc.subject	Παραμετρική ανάλυση συνθηκών λειτουργίας	el
dc.subject	Αζεοτροπικό μίγμα	el
dc.subject	Azeotropic mixture	en
dc.subject	Extractive distillation	el
dc.subject	Thermodynamic assessment	el
dc.subject	Parametric analysis of operating conditions	el
dc.subject	Plant optimization	el
dc.title	Διαχωρισμός του αζεοτροπικού μίγματος διοξειδίου του άνθρακα - αιθανίου μέσω εκχυλιστικής απόσταξης	el
dc.title	Separation of carbon dioxide / ethane azeotropic mixture using extractive distillation	en
dc.contributor.department	Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Θερμοδυναμική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-10-07
heal.abstract	Η παγκόσμια τάση για τον περιορισμό των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα έχει οδηγήσει τη βιομηχανία φυσικού αερίου να στραφεί σε στρατηγικές δέσμευσης και επαναχρησιμοποίησης του CO2 που περιέχεται στα κοιτάσματα. Κατά την επεξεργασία του φυσικού αερίου, απομακρύνονται σταδιακά οι βαρείς υδρογονάνθρακες από την τροφοδοσία υγρών φυσικών αερίου, με σκοπό την παραγωγή καθαρών ρευμάτων. Εξαίρεση αποτελεί το μίγμα διοξειδίου του άνθρακα και αιθανίου το οποίο σχηματίζει αζεότροπο, δυσκολεύοντας το διαχωρισμό μεταξύ τους. Έτσι, γεννήθηκε η ιδέα για τη μελέτη της διεργασίας της εκχυλιστικής απόσταξης στο μίγμα CO2 - αιθανίου, μέσω προσομοίωσης σε περιβάλλον Aspen Plus και Aspen Hysys. Η δέσμευση και η χρήση του διοξειδίου του άνθρακα σε διάφορους τομείς της βιομηχανίας, προϋποθέτει την απομάκρυνσή του από τα επεξεργασμένα προϊόντα της μονάδας έτσι ώστε να μην οδηγηθεί σε ρεύμα off-gas, διαδικασία που αποτελεί πρόκληση για την παρούσα διπλωματική εργασία. Για την εξαγωγή ορθών συμπερασμάτων στις προσομοιώσεις απαιτείται κατάλληλη θερμοδυναμική μοντελοποίηση, η οποία και πραγματοποιείται στο πρώτο μέρος της εργασίας. Μελετούνται τα δυαδικά μίγματα που περιέχουν CO2 και υδρογονάνθρακες σε υψηλή σύσταση και εξετάζονται οι παράμετροι που καθορίζουν τις διαμοριακές σχέσεις στις καταστατικές εξισώσεις Peng-Robinson και SRK. Για την ακριβή περιγραφή των δυαδικών μιγμάτων υδρογονανθράκων με CO2 και κυρίως του αζεοτρόπου CO2 - αιθανίου, πραγματοποιήθηκε συσχέτιση του συντελεστή αλληλεπίδρασης, kij, σε δυαδικά δεδομένα ισορροπίας φάσεων, μειώνοντας έτσι τα σφάλματα μεταξύ πειραματικών σημείων και υπολογισμών των καταστατικών εξισώσεων. Αρχικά, μελετάται ένα βιβλιογραφικό case study που αποτελείται από μια συστοιχία δύο στηλών, μια στήλη εκχυλιστικής απόσταξης και μια στήλη ανάκτησης του απαιτούμενου - για την απόσταξη - διαλύτη. Η προσομοίωση πραγματοποιείται στο λογισμικό Aspen Plus, όπου και αναπαράγονται τα αποτελέσματα σε σχέση με τη βιβλιογραφία, ενώ επίσης πραγματοποιείται σύγκριση της απόδοσης αλλά και των ενεργειακών απαιτήσεων με τα δύο θερμοδυναμικά μοντέλα που μελετήθηκαν. Αποδεικνύεται ότι η Peng-Robinson αποτελεί την καταλληλότερη καταστατική εξίσωση για την περιγραφή της συγκεκριμένης διεργασίας, βάσει της οποίας και λαμβάνει χώρα παραμετρική ανάλυση των λειτουργικών συνθηκών των στηλών με σκοπό την κατανόηση της επιρροής του είδους και της ποσότητας του διαλύτη, αλλά και των σχεδιαστικών χαρακτηριστικών των στηλών. Συμπεραίνεται ότι η βιβλιογραφική έρευνα πραγματοποιείται στις βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας ενώ η διάταξη επιτυγχάνει το βέλτιστο διαχωρισμό. Στη συνέχεια, μελετάται το case study προσθήκης διάταξης εκχυλιστικής απόσταξης στη μονάδα επεξεργασίας φυσικού αερίου στο Kårstø της εταιρείας Equinor στη Νορβηγία. Αρχικά προσομοιώνεται η υπάρχουσα μονάδα, βάσει των δεδομένων που λήφθησαν από την Equinor, ενώ στη συνέχεια γίνεται η προσθήκη της διάταξης εκχυλιστικής απόσταξης με στόχο το διαχωρισμό του αζεοτροπικού μίγματος CO2 / αιθανίου και την παραγωγή τελικών προϊόντων. Για το σκοπό αυτό μελετούνται ως διαλύτες όλα τα πιθανά ρεύματα πυθμένα των αποστακτικών στηλών της υφιστάμενης διεργασίας και πραγματοποιείται παραμετρική ανάλυση για διάφορες λειτουργικές συνθήκες με στόχο την πρόταση της καλύτερης δυνατής διαμόρφωσης για αυτό το σκοπό. Αποδεικνύεται ότι ο διαλύτης C4+, ο οποίος προέρχεται από τον πυθμένα της στήλης depropanizer, οδηγεί στα καλύτερα δυνατά αποτελέσματα. Με τη χρήση του συγκεκριμένου διαλύτη επιτυγχάνεται ανάκτηση CO2 σε ποσοστό 77.2 % ως προς την τροφοδοσία της μονάδας, αυξάνοντας τις ενεργειακές απαιτήσεις κατά 12.8 % σε σχέση με την υφιστάμενη μονάδα. Το ποσοστό αυτό αντιστοιχεί σε εκτιμώμενες δαπάνες ενέργειας που ανέρχονται στα 6.0 MJ ανά κιλό δεσμευόμενου CO2, γεγονός που χρίζει τη διεργασία ως μια αξιόλογη πρόταση προς εφαρμογή στη μονάδα της Equinor.	el
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Μαγουλάς, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Αργυρούσης, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	104 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false