توسعه یک مدل مفهومی-ریاضی برای بهینه کردن مبرد آمیخته فرایندهای دما پایین گاز طبیعی

مبردهای آمیخته در بسیاری از فرآیندهای سردسازی از جمله، مایع سازی گاز کاربرد دارند. فرآیندهای مبرد آمیخته به دلیل انعطاف پذیری و عملکرد مطلوب به فرآیندهای مبرد خالص ترجیح داده می شوند. در این تحقیق 5 فرآیند مهم و صنعتی مایع سازی گاز که با مبرد آمیخته کار می کنند مورد تحلیل ترمودینامیکی و بهینه سازی قرار گرفته اند. نتایج تحلیل انرژی نشان می دهد که فرآیند سه مرحله ای شرکت Linde و Stat Oil، مصرف انرژی کمتری نسبت به سایر فرآیندها دارد (kWh kg LNG 2545 0) و می توان دلیل آن را تعداد چرخه های سردسازی موجود در آن دانست. نیز در این تحلیل دیده شد که در یک فرآیند، ضریب عملکرد چرخه های پیش سردسازی نسبت به سایر چرخه ها بالاتر می باشد. عملکرد فرآیندهای مبرد آمیخته به شدت به ترکیب درصد اجزای مبرد استفاده شده وابسته است و بهینه سازی آن کار دشواری است.

در این تحقیق برای بهینه سازی عملیاتی فرآیندهای تولید LNG، مصرف ویژه ی انرژی به‌عنوان تابع هدف در فرآیندها انتخاب شد. ترکیب درصد اجزای مبرد به عنوان متغییرهای کلیدی بهینه سازی می باشند. به کمک الگوریتم ژنتیک که توانایی بالایی در بهینه سازی فرآیندهای انرژی‌بر دارد، بهینه سازی فرآیندها صورت گرفته است. نتایج بهینه سازی نشان می دهد که در همه ی فرآیندها بهبود مصرف انرژی اتفاق افتاده است. بیشترین پیشرفت مربوط به فرآیند SMR-Linde با بهبود 10 درصدی می باشد و کمترین بهبود برای فرآیند MFC-Linde با بهبود 3 درصدی می باشد، که علت آن بالا بودن راندمان این فرآیند در طراحی اولیه است.

پارامتر دمای محیط تأثیر بسزایی در ترکیب اجزای مبرد آمیخته دارد به گونه¬ای که با تغییر دمای محیط، برای اینکه فرآیند در حالت بهینه کار کند، ترکیب اجزای مبرد باید تغییر کنند. با بهینه سازی فرآیند SMR-Linde در دماهای مختلف محیطی، مدلی برای ترکیب درصد بهینه مبرد به‌دست آمد که نشان می دهد ترکیب مبرد به‌صورت خطی با دمای محیط تغییر می کند. با افزایش دمای محیط از25 تا 40 درجه سانتیگراد، برای نگه داشتن فرآیند در حالت بهینه، جرم مولکولی مبرد باید افزایش یاید که به معنی افزایش جزء مولی ترکیبات سنگین مبرد می باشد.

اساتید راهنما: علی وطنی، مهدی مهرپویا

سال انتشار: شهریور 1395