مهندسی گاز ایران

ارزیابی اقتصادی تولید هم‌زمان آب شیرین و برق با استفاده از گازهای فلر عسلویه

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 استاد، رئیس کرسی یونسکو در بازیافت آب، دانشکده مهندسی شیمی، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 دانشجوی ارشد مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

مدیریت آب در مناطق نزدیک به سکوهای نفتی، پالایشگاه و پتروشیمی‌های جنوب کشور به دلیل حجم بالا، غلظت نمک بالا و همچنین هزینه‌های بالا، توجه بسیار زیادی را به سمت خود جلب کرده است. در صنایع شیمیایی مقادیر زیادی از انرژی‌های حرارتی به هدر می‌رود که می‌تواند به‌طور بالقوه برای کاهش هزینه تولید آب شیرین مورداستفاده قرار بگیرد، چراکه بیشترین تأثیر در هزینه‌ی تمام‌شده‌ی آب شیرین را هزینه انرژی مصرفی آن دارد. بنابراین یکی از چالش‌های فرآیندهای نمک‌زدایی آب دریا به روش‌های حرارتی نظیر تبخیر ناگهانی چندمرحله‌ای (MSF)، تقطیر چندمرحله‌ای (MED)، یا ...، مخصوصاً در کشورهایی که انرژی در آن‌ها بسیار گران است، تأمین انرژی حرارتی آن است. هدف از این پژوهش، شبیه‌سازی و ارزیابی اقتصادی تولید هم‌زمان برق و آب شیرین با استفاده از گازهای فلر در نرم‌افزار PRO/II v.10 است. گاز فلر به دلیل وجود گازهای اسیدی در خود ابتدا در واحد جداسازی غشایی تصفیه‌شده و به‌منظور تولید برق و حرارت (بخار) وارد نیروگاه سیکل ترکیبی می‌شود. فرآیند نمک‌زدایی از آب دریا نیز از نوع سیستم تبخیر ناگهانی چندمرحله‌ای است که انرژی حرارتی آن از نیروگاه سیکل ترکیبی تأمین می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که با ظرفیت ۱۳۰۰۰ مترمکعب در ساعت گاز فلر عسلویه، به میزان ۵۷ مگاوات برق و ۱۵۰۰۰۰ لیتر در ساعت آب با هزینه سرمایه‌گذاری ۹۸/۴۰ میلیون دلار می‌توان تولید کرد. با این مقدار از برق و آب شیرین تولیدشده توسط فرآیند، می‌توان به‌راحتی برق ۴۵۰۰۰ خانواده و آب شیرین ۳۵۰۰ خانواده را تأمین کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Economic Evaluation of Water Desalination and Power Generation Using Flare Gases of Assaluyeh

نویسندگان [English]

  • Mostafa Jafari 1
  • Mohammad Hossein Sarrafzadeh 2
  • Mohammad Shahab Deljoo 3

1 PhD student in Chemical Engineering, School of Chemical engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

2 Professor, School of Chemical engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

3 Graduate student of chemical engineering, School of Chemical engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

چکیده [English]

Water resource management in the areas close to oil platforms, refineries and petrochemical plants in the south of Iran has attracted more attention due to its enormous volume, high salinity as well as high costs. In many industries, a considerable amount of thermal energy is wasted which can be used for water desalination, as the most effective factor in the production cost of desalination plant is energy. Therefore, one of the challenges of the seawater desalination process by using thermal methods such as multi-stage flash (MSF), multi-effect distillation (MED) and etc., specifically in the countries which have very expensive energy resources, is the thermal energy supply. The purpose of this study is the simulation and economic evaluation of the combined power and water generation process by using flare gases. Due to the fact that flare gas contains acid gases, first, it is treated with a membrane process, and then it’s sent into a combined cycle power plant to generate power and thermal energy (vapor). The seawater desalination process is a multi-stage flash distillation type, and its thermal energy is supplied by a combined cycle power plant. The results show that if flare gas with a capacity of 13,000 m3/h is used, it can generate 57 MW of power and 150,000 L/h of water with a total capital cost of 98.40 million USD. With this amount of power and water generated by the process, it is easy to supply power of 45,000 households and water of 3,500 households.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Water and Energy Nexus
  • Flare Gases
  • Multi-Stage Flash
  • Economic Evaluation
  • Membrane
  1. Khalili-Garakani, Amirhossein, Mona Iravaninia, and Mahya Nezhadfard. "A review on the potentials of flare gas recovery applications in Iran." Journal of Cleaner Production (2020): 123345.
  2. Yazdani, Esmaeil, Javad Asadi, Yasaman Hosseinzadeh Dehaghani, and Pejman Kazempoor. "Flare Gas Recovery by Liquid Ring Compressors-System Design and Simulation." Journal of Natural Gas Science and Engineering (2020): 103627.
  3. Jafari, Mostafa, Khalili-Garakani, Amirhossein, and Mahya Nezhadfard. "Simulation and Economic Analysis of Combined Desalinated Water and Power Generation from Associated Gases of Cheshmeh Khosh." Iranian Journal of Oil and Gas Science and Technology (2020).
  4. Rahimpour, M. R., Z. Jamshidnejad, S. M. Jokar, G. Karimi, A. Ghorbani, and A. H. Mohammadi. "A comparative study of three different methods for flare gas recovery of Asalooye Gas Refinery." Journal of Natural Gas Science and Engineering 4 (2012): 17-28.
  5. Hamidzadeh, Zeinab, Sourena Sattari, Mohammad Soltanieh, and Ali Vatani. "Development of a multi-objective decision-making model to recover flare gases in a multi flare gases zone." Energy 203 (2020): 117815.
  6. Chen, Liwen, Qiang Xu, John L. Gossage, and Helen H. Lou. "Simulation and economic evaluation of a coupled thermal vapor compression desalination process for produced water management." Journal of Natural Gas Science and Engineering 36 (2016): 442-453.
  7. جعفری, مصطفی.، صراف زاده، محمدحسین.، "تولید آب شیرین از دریا با استفاده از انرژی بازیافتی گازهای فلر". شانزدهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران، تهران- دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، (۱۳۹۷).
  8. جعفری، مصطفی و قاسم‌زاده، کامران و شهابی، علی‌اصغر،۱۳۹۸، شبیه‌سازی و آنالیز حساسیت تولید هم‌زمان برق و حرارت از گازهای فلر در نیروگاه سیکل ترکیبی، بیست و هفتمین کنفرانس سالانه بین‌المللی انجمن مهندسان مکانیک ایران، تهران (۱۳۹۸).
  9. Khanipour, Mina, Azadeh Mirvakili, Ali Bakhtyari, Mehdi Farniaei, and Mohammad Reza Rahimpour. "Enhancement of synthesis gas and methanol production by flare gas recovery utilizing a membrane-based separation process." Fuel Processing Technology 166 (2017): 186-201.
  10. Jafari, Mostafa, Kamran Ghasemzadeh, Taher Yusefi Amiri, and Angelo Basile. "Comparative Study of Membrane and Absorption Processes Performance and their Economic Evaluation for CO2 Capturing from Flue Gas." Gas Processing Journal 7, no. 2 (2019): 37-52.
  11. Liponi, Angelica, Christoph Wieland, and Andrea Baccioli. "Multi-effect distillation plants for small-scale seawater desalination: thermodynamic and economic improvement." Energy Conversion and Management 205 (2020): 112337.
  12. Jafari, Mostafa, Sadaf Ashtab, Alireza Behroozsarand, Kamran Ghasemzadeh, and David A. Wood. "Plant-wide Simulation of an Integrated Zero-Emission Process to‌ Convert Flare Gas to Gasoline." Gas Processing Journal 6, no. 1 (2018): 1-20.
  13. Ghasemzadeh, Kamran, Mostafa Jafari, and Ali A. Babalou. "Performance investigation of membrane process in natural gas sweeting by membrane process: Modeling study." Chemical Product and Process Modeling 11, no. 1 (2016): 23-27.
  14. Azadi, P., and Sh Hassanajili. "Improvement of gas separation properties of polyurethane membrane using plasma grafting." Iranian Journal of Chemical Engineering 14, no. 3 (2017): 19-30.
  15. جعفری, م.، قاسم‌زاده، ک.، و زینالی، ا.، "مطالعه و ارزیابی اقتصادی فرآیند غشایی واحد شیرین سازی گاز طبیعی"، شانزدهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران، تهران- دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، (۱۳۹۷).
  16. Nezhadfard, Mahya, and Amirhossein Khalili-Garakani. "Power generation as a useful option for flare gas recovery: Enviro-economic evaluation of different scenarios." Energy (2020): 117940.
  17. Mabrouk, Abdel Nasser, and Hassan ES Fath. "Technoeconomic study of a novel integrated thermal MSF–MED desalination technology." Desalination 371 (2015): 115-125.
  18. صراف‌زاده, م. "ارزیابی فنی و اقتصادی روش‌های نمک‌زدایی از آب دریا با در نظر گرفتن ویژگی‌های بومی در نقاط مختلف دنیا"، فصلنامه علوم و مهندسی آب و فاضلاب، (۱۳۹۶).
  19. Dhiantravan, P et al., "Desalination-Team A-Process design." Retrieved from https:// process design. Mccormick.northwestern.edu/index.php/Desalination_-_Team_A (15 October 2020).
  20. Gülen, S. " A Cheaper HRSG with Advanced Gas Turbines", Viewed 1 October 2020,https://www.power-eng.com /2017/03/09/a-cheaper-hrsg-with-dvanced-gas-turbines/#gref, (2017).
  21. Jafari, Mostafa, Mohammad-Hosein Sarrafzadeh; Kamran Ghasemzadeh. "Simulation and economic evaluation of heat and power generation from flare gases in a combined cycle power plant". Energy Equipment and Systems, 8, 4, (2020), 307-322.
  22. Jafari, Mostafa, Kamran Ghasemzadeh; Taher Yusefi Amiri; Angelo Basile. "Comparative Study of Membrane and Absorption Processes Performance and their Economic Evaluation for CO2 Capturing from Flue Gas". Gas Processing Journal, 7, 2, )2019(, 37-52.
  23. Okullo, Aldo, Noah Tibasiima, and Joshua Barasa. "Simulation of Electricity Generation from Biogas for Ugandan Rural Community." American Journal of Chemical Engineering 6, no. 3, )2018(.
  24. Jafari, Mostafa, Mohammad shahab Deljoo, Ali Vatani, "Simulation and Economic Evaluation of Polygeneration System for Coproduction of Power, Steam, CH3OH, H2, and CO2 from Flare Gas". Iranian Journal of Oil and Gas Science and Technology, 9, 4, 2020, 93-114.
  25. Mabrouk, Abdel Nasser, and Hassan ES Fath. "Technoeconomic study of a novel integrated thermal MSF–MED desalination technology." Desalination 371, 115-125, 2015.
مهندسی گاز ایران
دوره 8، شماره 1 - شماره پیاپی 13
شهریور 1400
صفحه 7-17
  • تاریخ دریافت: 05 اردیبهشت 1401
  • تاریخ پذیرش: 05 اردیبهشت 1401