مهندسی گاز ایران

ارزیابی فنی - اقتصادی بازیافت حرارت از دودکش کوره‌های واحد نم‌زدایی پالایشگاه گاز بیدبلند به کمک چرخه رانکین آلی

نوع مقاله : مقاله کاربردی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی خاتم‌الانبیاء بهبهان، بهبهان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی خاتم‌الانبیاء بهبهان، بهبهان، ایران

3 کارشناسی ارشد، مهندسی سیستم‌های انرژی، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

دوچندان می‌سازد. چالش‌های اصلی مدیران صنایع در اجرای یک طرح بازیابی حرارت اتلافی در کنار توجه به مسائل اقلیمی و زیست‌محیطی، کاهش مصرف سوخت و وابستگی به برق و همچنین توجیه‌پذیر بودن طرح از لحاظ اقتصادی است. در پژوهش حاضر، بهره‌گیری از حرارت اتلافی از کوره‌های واحد نم‌زدایی پالایشگاه بیدبلند موردتوجه قرار گرفته و با نمونه‌برداری از گازهای احتراقی در مقطعی از دودکش به ارتفاع 11 متر و قطر 1.24 متر، علاوه بر پارامترهای موردنیاز برای آزمایش‌های زیست‌محیطی، انرژی اتلافی از کوره‌ها نیز محاسبه گردید. فرآیند تولید توان به کمک چرخه رانکین آلی در سه طرح ساده، فوق گرم و بازیاب شبیه‌سازی شده است. در اجرای طرح فرض بر این است که دمای منابع ورودی و خروجی در محدوده معین و در حالت پایدار قرار دارد. درنهایت بر اساس تحلیل ترمودینامیکی و اقتصادی انجام شده، سیال R142b در چرخه فوق گرم و R245fa در چرخه ساده به ترتیب باراندمان 17.17 و 15.02 درصد و دوره بازگشت سرمایه 2.63 و 2.97 سال به ترتیب اولویت‌های اصلی مورد استفاده در پایلوت پالایشگاه هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Techno-Economic Evaluation Evaluation of Heat Recovery from the Chimney of the Furnaces of the Dehumidification Unit of Bidboland Gas Refinery Using the Organic Rankine Cycle

نویسندگان [English]

  • مسعود درفشان 1
  • Paria Amirabedi 2
  • Mohsen Dorfeshan 3

1 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Behbahan Khatam Alanbia University of Technology, Behbahan, Iran

2 Assistant Professor, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Behbahan Khatam Alanbia University of Technology, Behbahan, Iran

3 M.Sc. of Renewable Energies and Environment, Faculty of New Sciences and Technologies, University of Tehran, Tehran, Iran

چکیده [English]

The energy crisis around the world justifies the exploitation of projects centered on the use of waste energy and has made its implementation necessary. The main challenges of industrial managers in implementing a waste heat recovery plan, besides paying attention to climate and environmental issues, are reducing fuel consumption and dependence on electricity, as well as justifying the plan from an economic point of view. In the current research, the use of waste heat from the furnaces of the dehumidification unit of Bidbland Refinery is taken into consideration by sampling the combustion gases in a section of the chimney with a height of 11 meters and a diameter of 1.24 meters, in addition to the parameters required for environmental tests, waste energy It was also calculated from furnaces. The power generation process has been simulated with the help of the organic Rankine cycle in three designs: simple, superheated, and regenerative. In carrying out this simulation, it is assumed that the temperature of the input sources and the temperature of the output source are in a certain range, and are in the steady state. Finally, based on the thermodynamic and economic analysis, R142b fluid in the superheated and normal butane cycle and R245fa in the simple cycle are the main priorities used in the refinery pilot with a payback period of 2.63, 2.64 and 2.97 years, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rankine Organic Cycle
  • Waste Heat
  • Thermal Efficiency
  • Gas Refinery
  • Gas Dehumidification Furnaces
  1. Galloni, E., Fontana, G., & Staccone, S. (2015). Design and experimental analysis of a mini ORC power plant based on R245fa working fluid. Energy, 90, 768-775.
  2. Kang, S. H. (2012). Design and experimental study of ORC (organic Rankine cycle) and radial turbine using R245fa working fluid. Energy, 41(1), 514-524.
  3. Quoilin, S., Aumann, R., Grill, A., Schuster, A., Lemort, V., & Spliethoff, H. (2011). Dynamic modeling and optimal control strategy of waste heat recovery Organic Rankine Cycles. Applied energy, 88(6), 2183-2190.
  4. Chen, Q., Xu, J., & Chen, H. (2012). A new design method for Organic Rankine Cycles with constraint of inlet and outlet heat carrier fluid temperatures coupling with the heat source. Applied Energy, 98, 562-573.
  5. Jia, J., Chen, H., Wang, R., Liu, H., Zhao, Z., Lei, H., & Jin, Q. (2021). Mass and energy equilibrium analysis on co-hydrothermal carbonization coupled with a combined flash-Organic Rankine Cycle system for low-energy upgrading organic wastes. Energy Conversion and Management, 229, 113750.
  6. Li, J., Pei, G., Li, Y., Wang, D., & Ji, J. (2012). Energetic and exergetic investigation of an organic Rankine cycle at different heat source temperatures. Energy, 38(1), 85-95.
  7. Cho, S. Y., Cho, C. H., Ahn, K. Y., & Lee, Y. D. (2014). A study of the optimal operating conditions in the organic Rankine cycle using a turbo-expander for fluctuations of the available thermal energy. Energy, 64, 900-91.
  8. Imran, M., Haglind, F., Asim, M., & Alvi, J. Z. (2018). Recent research trends in organic Rankine cycle technology: A bibliometric approach. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 552-562.
  9. Chang, J. C., Hung, T. C., He, Y. L., & Zhang, W. (2015). Experimental study on low-temperature organic Rankine cycle utilizing scroll type expander. Applied Energy, 155, 150-159.
  10. Roy, J. P., Mishra, M. K., & Misra, A. (2011). Performance analysis of an Organic Rankine Cycle with superheating under different heat source temperature conditions. Applied Energy, 88(9), 2995-3004.
  11. Chintala, V., Kumar, S., & Pandey, J. K. (2018). A technical review on waste heat recovery from compression ignition engines using organic Rankine cycle. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 493-509.
  12. Wei, D., Lu, X., Lu, Z., & Gu, J. (2007). Performance analysis and optimization of organic Rankine cycle (ORC) for waste heat recovery. Energy conversion and Management, 48(4), 1113-1119.
  13. Liu, B. T., Chien, K. H., & Wang, C. C. (2004). Effect of working fluids on organic Rankine cycle for waste heat recovery. Energy, 29(8), 1207-1217.
  14. Mago, P. J., Chamra, L. M., Srinivasan, K., & Somayaji, C. (2008). An examination of regenerative organic Rankine cycles using dry fluids. Applied thermal engineering, 28(8-9), 998-1007.
  15. Zhang, Y., Tian, R., Dai, X., Wang, D., Ma, Y., Li, H., & Shi, L. (2018). Experimental study of R134a flow boiling in a horizontal tube for evaporator design under typical Organic Rankine Cycle pressures. International Journal of Heat and Fluid Flow, 71, 210-219.
  16. Dai, Y., Wang, J., & Gao, L. (2009). Parametric optimization and comparative study of organic Rankine cycle (ORC) for low grade waste heat recovery. Energy conversion and management, 50(3), 576-582.
  17. Sun, H., Qin, J., Hung, T. C., Lin, C. H., & Lin, Y. F. (2018). Performance comparison of organic Rankine cycle with expansion from superheated zone or two-phase zone based on temperature utilization rate of heat source. Energy, 149, 566-576
  18. Mikielewicz, D., & Mikielewicz, J. (2010). A thermodynamic criterion for selection of working fluid for subcritical and supercritical domestic micro CHP. Applied Thermal Engineering, 30(16), 2357-2362.
  19. Li, W., Feng, X., Yu, L. J., & Xu, J. (2011). Effects of evaporating temperature and internal heat exchanger on organic Rankine cycle. Applied Thermal Engineering, 31(17-18), 4014-4023.
  20. Ni, J., Zhao, L., Zhang, Z., Zhang, Y., Zhang, J., Deng, S., & Ma, M. (2018). Dynamic performance investigation of organic Rankine cycle driven by solar energy under cloudy condition. Energy, 147, 122-141.
  21. Chys, M., van den Broek, M., Vanslambrouck, B., & De Paepe, M. (2012). Potential of zeotropic mixtures as working fluids in organic Rankine cycles. Energy, 44(1), 623-632.
  22. Gomaa, M. R., Mustafa, R. J., Al-Dhaifallah, M., & Rezk, H. (2020). A low-grade heat Organic Rankine Cycle driven by hybrid solar collectors and a waste heat recovery system. Energy Reports, 6, 3425-3445.
مهندسی گاز ایران
دوره 10، شماره 2 - شماره پیاپی 18
دی 1402
صفحه 29-41
  • تاریخ دریافت: 07 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری: 07 آذر 1402
  • تاریخ پذیرش: 26 آذر 1402