آنالیز حساسیت و بهینه سازی اقتصادی پیکربندی های چند مرحله ای غشایی برای جداسازی دی اکسید کربن از متان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و مواد، دانشگاه صنعتی اسفراین
2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و مواد، دانشگاه صنعتی اسفراین، اصفهان، ایران
3 گروه مهندسی شیمی-دانشکده مهندسی شیمی و مواد- دانشگاه صنعتی اسفراین
20.1001.1/ijge.2026.2081289.1115
چکیده
در این کار، به منظور انجام یک ارزیابی مقایسه ای فنی و اقتصادی در مورد سیستم های جداسازی گاز غشایی، شبیه‌سازی شش پیکربندی متشکل از تک، دو و سه مرحله‌ای با جریان برگشتی تراویده یا پسماند از سیستم‌های غشایی شامل غشاهای از پیش ساخته شده مورد بررسی قرار گرفتند. این سیستم ها برای مطالعه موردی جداسازی CO2 از CH4 در محیط Aspen Plus طراحی شدند و سپس با محاسبات سرانگشتی اقتصادی در همان نرم‌افزار، بهترین پیکربندی از منظر اقتصادی انتخاب شد. این پیکر بندی سپس به منظور انجام تحلیل‌های عمیق‌تر اقتصادی، به محیط MATLAB منتقل شد. برای این منظور، تراوایی و انتخاب پذیری های غشاهای از پیش ساخته‌شده به‌کاررفته در پروژه به عنوان ورودی به برنامه MATLAB داده شد و خروجی مدل که خلوص گازهای خروجی و بازیابی آنها بود محاسبه گردید. شاخص جهانی عملکرد سیستم یا IGP، که به ‌طور همزمان از جمع خلوص و درصد بازیابی گازها تشکیل شده است، بر پایه خروجی‌های فرآیندی محاسبه شد و به کمک این شاخص بهترین غشای قابل استفاده در پیکربندی منتخب تعیین گردید. سپس بر اساس خصوصیات فیزیکی و عملکردی بهترین نمونه، محاسبات اقتصاد فرایند انجام و سه شاخص کلیدی Total costs، Capital costs و Operating costs محاسبه شدند. بر اساس محاسبه این شاخص ها مشخص گردید که غشاهایی با عمر بیش از 2 سال هزینه‌های تعویض و نگهداری پایین‌تری دارند و از نظر اقتصادی به صرفه‌تر هستند، زیرا میزان هزینه‌های جایگزینی تنها بخش کوچکی از هزینه‌های کلی سیستم است. همچنین، دبی جریان بهینه برای غشاهای با عمر طولانی‌تر حدود 1200 مترمکعب در ساعت است، چرا که در این دبی، هزینه کل سیستم کمترین مقدار را دارد. در نتیجه، استفاده از غشاهای با عمر طولانی و تنظیم دبی در این طول عمر، می‌تواند بهره‌وری اقتصادی فرآیند جداسازی گاز را بهبود بخشد
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Sensitivity analysis and economic optimization of multistage membrane configurations for carbon dioxide separation from methane

نویسندگان English

Saeid Khademi 1
Abolfazl Kian 2
Basir Maleki 3
1 Chemical Engineering Group, Department of Chemical and Materials Engineering, Esfarayen University of Technology
2 Department of Chemical Engineering, Faculty of Chemical and Materials Engineering, Esfarayen University of Technology, Esfarayen, Iran
3 Chemical Engineering Group, Department of Chemical and Materials Engineering, Esfarayen University of Technology
چکیده English

Abstract

In this study, in order to perform a technical and economic comparative evaluation of membrane gas separation systems, six configurations consisting of single, two and three stages with permeate or waste return flow of membrane systems equipped with prefabricated membranes were simulated. These systems were designed for a case study of CO2 separation from CH4 in Aspen Plus environment and then the best configuration from an economic perspective was selected by short-cut economic calculations in the same software. This configuration was then transferred to MATLAB environment for more precise economic analyses. For this purpose, the permeability and selectivities of the prefabricated membranes used in the project were given as inputs to the MATLAB program and the output of the model, which was the purity of the exhaust gases and their recovery, was calculated. The global system performance index or IGP, which is simultaneously composed of the sum of the purity and the percentage of gas recovery, was calculated based on the process outputs. Using this index, the best membrane for the selected configuration was determined. Then, based on the physical and functional characteristics of the best sample, process economics calculations were performed and three key parameters Total costs, Capital costs and Operating costs were calculated. Based on the calculation of these parameters, it was determined that membranes with a lifespan of more than 2 years have lower replacement and maintenance costs and are more economically viable, due to the fact that the replacement costs are only a small part of the total system costs. Also, the optimal flow rate for membranes with a longer lifespan is about 1200 m3/h, due to the fact that at this flow rate, the total system cost is the lowest. As a result, using membranes with a long lifespan and adjusting the flow rate during this lifespan can improve the economic efficiency of the gas separation process.

کلیدواژه‌ها English

Methane-carbon dioxide separation
mixed matrix membrane
simulation
Aspen Plus
economic evaluation

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 20 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 01 دی 1404
  • تاریخ بازنگری 24 فروردین 1405
  • تاریخ پذیرش 13 اردیبهشت 1405