Process design, simulation and integration of dimethyl ether (dme) production from shale gas by direct and indirect methods
Kaya gazından doğrudan ve dolaylı yöntemlerle dimetil eter (dme) üretiminin proses tasarımı, simülasyonu ve entegrasyonu
- Tez No: 892449
- Danışmanlar: PROF. DR. Mahmoud M. El-Halwagi
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Energy, Chemical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Texas A&M University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 87
Özet
Enerji talebi sürekli olarak arttıkça, bu talebi karşılamak ve ekonomik istikrarı sağlamak için sürdürülebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu hedefe ulaşmak için araştırmacılar sürdürülebilir enerji alanında yeni teknolojiler ve yöntemler geliştirmeye devam etmektedir. Son on yılda ABD, kaya gazı üretiminde önemli bir büyümeye tanık olmuştur. Sonuç olarak, kaya gazı enerji ve kimyasal ve petrokimyasalların üretimi için rekabetçi bir hammadde haline gelmiştir. Kaya gazından elde edilebilecek değerli bir ürün dimetil eterdir (DME). Dimetil eter, elektrik üretimi, ulaşım yakıtı ve evsel ısıtma ve pişirme gibi birçok alanda kullanılabilir. Dimetil eter şu anda doğal gaz, kömür ve biyokütleden ara madde olarak sentez gazı yoluyla üretilmektedir. Son zamanlarda, enerji güvenliği ve çevre sorunlarını ele alma potansiyeli nedeniyle DME'ye olan ilgi artmıştır. DME, metanol sentezi ve metanolün DME'ye dehidratasyonu olan iki adımla (dolaylı işlem) geleneksel olarak üretilir. DME üretmenin bir diğer yolu da sentez gazından doğrudan DME sentezidir. DME'yi yakıt alternatifi olarak kullanmak için, büyük miktarlarda düşük maliyetle üretilmesi gerekir. Bu çalışmanın amacı, doğrudan ve dolaylı yöntemlerle bir kaya gazı-DME tesisinin proses sentezini, simülasyonunu ve entegrasyonunu geliştirmektir. Mevcut piyasa koşulları altında temel durum proseslerinin karlılığını değerlendirmek için tekno-ekonomik analiz yapılır. Değişken piyasa koşulları altında proses karlılığını değerlendirmek için bir duyarlılık analizi de yapılır. Son olarak, her iki yöntem sabit sermaye maliyeti, işletme maliyeti, yatırım getirisi ve CO2 ve su etkisi açısından karşılaştırılır. Ticari DME tesisinin dolaylı ve doğrudan proses simülasyonu Aspen Plus tarafından gerçekleştirildi. Kaya gazı hammaddesi, Barnett kaya sahasındaki kuyulardan birinden alındı. Doğrudan ve dolaylı prosesler için temel durumların DME üretim kapasiteleri günde 3.250 ton olarak ayarlandı. Doğrudan ve dolaylı proses akış şemaları sırasıyla beş ve yedi ana işleme adımı kullanılarak sentezlendi. Prosesin ısı entegrasyonunu gerçekleştirmek için sıkıştırma analizi kullanıldı. Çalışma sonucunda, doğrudan yöntemin sabit sermaye maliyeti, işletme maliyeti, yatırım getirisi ve CO2 etkisi açısından dolaylı yönteme göre avantajlı olduğu bulunmuştur. Doğrudan üretim yönteminin sermaye yatırımı dolaylı yönteme göre %25 daha azdır. Doğrudan yöntem, dolaylı yönteme göre ekonomik olarak daha caziptir. Hassasiyet analizi dikkate alındığında, metanol ve kaya gazı fiyatları işletme maliyetini etkileyen en önemli faktörlerdir. Enerji entegrasyonunun doğrudan yöntemin yatırım getirisine katkısı yaklaşık %2,25'tir. Dolaylı yöntemin yatırım getirisi, enerji entegrasyonundan sonra %1,83 oranında iyileşir. Diğer kriterlerin aksine, dolaylı yol, yaklaşık 1760 ton/gün su üreterek doğrudan yola göre önemli bir avantaja sahiptir. Doğrudan yöntem, CO2'yi sentez gazına dönüştürmek için kuru reformlama kullandığı için dolaylı yöntemden daha az CO2 emisyonu üretir.
Özet (Çeviri)
As the energy demand is increasing constantly, sustainable energy resources are needed to meet this demand and enable economic stability. In order to attain this goal, researchers continue to develop new technologies and methods in the field of sustainable energy. Over the last decade, the U.S has witnessed substantial growth in shale gas production. Consequently, shale gas has become a competitive feedstock for usage as energy and production of chemicals and petrochemicals. A valuable product which may be obtained from shale gas is dimethyl ether (DME). Dimethyl ether can be used in many areas such as power generation, transportation fuel, and domestic heating and cooking. Dimethyl ether is currently produced from natural gas, coal and biomass through synthesis gas as an intermediate. Recently, the attention to DME has increased because of its potential in addressing energy security and environmental problems. DME is produced conventionally through two steps (indirect process) which are methanol synthesis and dehydration of the methanol to DME. Another way to produce DME is the direct synthesis of DME from syngas. In order to use DME as a fuel alternative, it must be produced at low cost in large quantities. The purpose of this study is to develop a process synthesis, simulation, and integration of a shale gas-to-DME plant by direct and indirect methods. Techno-economic analysis is carried out to assess the profitability of the base-case processes under current market conditions. A sensitivity analysis is also conducted to evaluate the process profitability under variable market conditions. Finally, the both methods are compared in terms of the fixed capital cost, operating cost, return on investment, and CO2 and water impact. Indirect and direct process simulation of commercial DME plant was carried out by Aspen Plus. The shale gas feedstock was taken from one of the wells in Barnett shale play. The DME production capacities of the base cases for the direct and indirect processes were set to 3,250 tonnes per day. The direct and indirect process flowsheets were synthesized using five and seven main processing steps, respectively. Pinch analysis was used to conduct heat integration of the process. As a result of study, it was found that the direct method has advantage over the indirect method in terms of the fixed capital cost, operating cost, return on investment, and CO2 impact. The capital investment of the direct production method is 25% less than the indirect method. The direct method is more economically attractive than the indirect method. When a sensitivity analysis is considered, the prices of methanol and shale gas are the most important factors impacting the operating cost. The contribution of energy integration on the ROI of the direct method is approximately 2.25%. The ROI of the indirect method is improved by 1.83% after energy integration. In contrast to the other criteria, the indirect way has significant advantage over the direct way by producing almost 1760 ton/d water. The direct method produces less CO2 emission than the indirect method because it uses dry reforming to convert CO2 to syngas.
Benzer Tezler
- Alternatif dimetil karnonat üretim prosesinin kontrolü
Process control of a novel dimethyl carbonate production process
EDA KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEVRİM BARIŞ KAYMAK
- İki ardışık reaksiyon içeren tek ve çift reaktif bölgeli reaktif distilasyon kolonlarının kontrolü
Control of reactive distillation columns with single and double reactive sections for two stage consecutive reactions
İLAYDA NUR OKSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEVRİM BARIŞ KAYMAK
- Yapı Bilgi Modelleme ve Enerji Performans Yazılımları Bütünleşmesinin Erken Mimari Tasarıma Etkisi
The Effect Of Building Information Modeling And Energy Performance Software Integration On Early Architectural Design
UFUK AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
MimarlıkMimar Sinan Güzel Sanatlar ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞİN SEV
- Mekatronik tasarım yöntemi ile haritalama yapan sabit kanatlı insansız hava aracı geliştirilmesi ve entegrasyonu
Unmanned fixed wing mapping air vehicle development and integration with mechatronics design method
YUNUS ARIKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAfyon Kocatepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET GAYRETLİ
- Design of wide-band milimeter-wave passive MMIC control products on gaas based processes
Gaas bazlı proseslerde geniş bant milimetre dalga pasif MMIC kontrol ürünleri tasarımı
HARUN TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN ŞERİF SAVCI