-
زمینه و هدف
اکسرژی اکونومیک یکی از راه های بهینه سازی سیستم های ترمودینامیکی می باشد. در مسائل بهینه سازی اکسرژی اکونومیک نیروگاه، تاکید عمده انتخاب متغیرهایی در قسمت سیکل گازی جهت نیل به هدف اصلی می باشد.هدف اصلی این مقاله تاثیر انتخاب متغیرهای جدید تصمیم، در قسمت مدار بخار نیروگاه، علاوه بر انتخاب متغیرهای سیکل گازی در تعیین عملکرد بهینه یک نیروگاه حرارتی سیکل ترکیبی است. اطلاعات طراحی مربوط به نیروگاه سیکل ترکیبی دماوند در نزدیکی تهران می باشد.
روش بررسیروش بهینه سازی بر اساس بهینه سازی اکسرژی اکونومیک تکراری انجام شده است. اساس این روش بر پایه سه مفهوم (اختلاف قیمت نسبی، ضریب اکسرژی اکونومیک و بازدهی اکسرژتیک) و کمترین قیمت تولید هر جزء و کل سیستم می باشد، که از چهار قسمت اصلی محاسبه قیمت اکسرژی اکونومیک، تحلیل محاسبات اکسرژی اکونومیک، تعیین تعداد شباهت های اکسرژی اکونومیک و تحلیل دیاگرام های بازدهی قیمت / تولید تشکیل شده است.
یافته هایافته ها شامل مقادیر اصلی قبل و بعد از بهینه سازی برای هر حجم کنترل و کل سیستم می باشند که عبارتند از بازدهی اکسرژی اکونومیک، نرخ اکسرژی سوخت، نرخ اکسرژی تولید، نرخ اتلاف اکسرژی، نسبت اتلاف اکسرژی، قیمت متوسط بر واحد اکسرژی سوخت، قیمت متوسط بر واحد اکسرژی تولید، نرخ قیمت اتلاف اکسرژی، نرخ قیمت سرمایه گذاری و عملکرد و نگه داری، اختلاف نسبی هزینه، ضریب اکسرژی اکونومیک و داده های هر واحد در حالت اولیه و بهینه نیروگاه است.
بحث و نتیجه گیریتابع هدف به صورت دستیابی همزمان به دو پارامتر بهینه انتخاب گردیده که عبارت اند از :افزایش بازدهی اکسرژتیک و کاهش قیمت محصول (برق تولیدی). نتایج به دست آمده نشان میدهد که با انتخاب برخی متغیرها در قسمت بخار در غیاب انتخاب بعضی از متغیرهای معمول سیستم گازی، نیز می توان به عملکرد مطلوب دست یافت. به طوری که بازدهی اکسرژتیک 4% بالاتر و قیمت تولید 2% پایین تر از حالت اولیه به دست می آید.
کلید واژگان: نیروگاه سیکل ترکیبی, بازدهی اکسرژی, قیمت اکسرژی, بهینه سازی اکسرژی اکونومیک, متغیر تصمیمIntroductionThe major target of this paper shows effect of selected decision variables in the steam system for optimization of thermal combined cycle power plant.
Material andMethodExergoeconomic, and other similar terms used to imply the combined thermodynamic and economic analysis of energy systems, which helps to increase the efficiency of a plant without jeopardizing its economic viability. The optimization accomplished using an iterative exergoeconomic. The design data of an existing plant (Damavand combined cycle power plant in Tehran) used for the present analysis.
Results and Diction: Two different objective functions proposed: one minimizes the total cost of production per unit of output, and the other maximizes the total exergetic efficiency. The analysis shows that the total cost of production per unit of output is 2% lower and exergy efficiency is 4% higher with respect to the base case. It demonstrates that selected decision variables have a good result for the exergy analysis and cost effectivenessKeywords: Combined-cycle power plant, Exergy efficiency, Exergy cost, Exergoeconomic analysis, Decision variable -
این مقاله امکان سنجی اقتصادی تولید برق پراکنده از بازیافت اکسرژی جریان گاز طبیعی تحت فشار از طریق نصب توربین انبساطی به موازات شیر فشار شکن در ایستگاه تقلیل فشار شهری را مورد مطالعه قرار می دهد. احتیاجات پیش گرمایشی مورد نیاز برای جلوگیری از تشکیل هیدرات بر اثر افت فشار توسط احتراق کسر کوچکی از جریان گاز طبیعی خروجی تامین می گردد. به عنوان مطالعه موردی، شبیه سازی ایستگاه دروازه شهری شماره 2 شهر تهران بیانگر اتالف اکسرژی بیش از 5/36 میلیون کیلووات ساعت در سال توسط شیرهای فشار شکن موجود است. آنالیزهای ترمودینامیکی و اقتصادی، شرایط عملیاتی بهینه برای تولید برق توسط توربین انبساطی را بدست می دهند. بهینه سازی دمای پیش گرمایش منجر به بیش از 06 درصد بازیافت اکسرژی، هزینه برق تولیدی کمتر از 04.0 دالر بر کیلووات ساعت و زمان بازگشت سرمایه حدود 4 سال می گردد. از نتایج شبیه سازی ها می توان برای طراحی سیستم کنترل خودکار دمای پیش گرمایش به منظور بهینه سازی بازیافت اکسرژی توسط توربین انبساطی تحت شرایط عملیاتی متغیر ایستگاه تقلیل فشار گاز استفاده نمود.
کلید واژگان: گاز طبیعی, ایستگاه تقلیل فشار, توربین انبساطی, شبیه سازی فرایندThis paper investigates the economic feasibility of installing a turboexpander in parallel with the throttling valve of a city gate station for the purpose of distributed electricity generation through exergy recovery from pressurized natural gas. The preheating requirements for preventing hydrate formation due to pressure reduction are provided by the combustion of a small fraction of the outlet natural gas stream. As a case study, the simulation of Tehran No.2 City Gate Station demonstrates an exergy loss of more than 36.5 million kWh per year for the present throttling valves. Thermoeconomic analyses gives the optimum operating conditions for electricity generation through a turboexpander. Optimization of preheating temperature leads to an exergy recovery of >60%, cost to generate electricity of <$0.04/kWh, and discounted payback period of around ~4 years. Simulation results can be used for designing an automatic preheating temperature control system to optimize exergy recovery via turboexpander under the variable operating conditions of a pressure reduction station.
Keywords: Natural gas, Pressure reduction station, Turboexpander, Process simulation -
فرآیندهای انبساطی نیتروژن، به دلیل سادگی و تجهیزات کم، برای واحدهای مایع سازی گاز طبیعی در مقیاس کوچک و بسیار کوچک (مینی) مناسب هستند. با این حال، مصرف بالای انرژی در این فرآیندها، هر تلاشی در زمینه کاهش مصرف انرژی و نیز ارتقاء کیفیت انرژی (ظرفیت کاردهی انرژی) را برای افزایش راندمان و سودآوری فرآیند، مطلوب می نماید. در این تحقیق، یک فرآیند مایع سازی گاز طبیعی از نوع انبساطی نیتروژن با دو توربین با نرم افزار اسپن هایسیس شبیه سازی گردیده و مورد تحلیل قرار گرفت. سپس به منظور بهینه سازی مصرف انرژی در فرآیند، برخی متغیرهای عملیاتی تاثیرگذار، با استفاده از الگوریتم ژنتیک و در محیط نرم افزار متلب تنظیم گردیدند. مصرف ویژه انرژی و مجموع نرخ تخریب اکسرژی که به ترتیب گویای کمیت و کیفیت مصرف انرژی در فرآیند می باشند، توابع هدف بهینه سازی هستند که در دو حالت جداگانه (حالت انرژی و حالت اکسرژی) بهینه می شوند. دبی مولی مبرد، دماها و فشارهای پایین و بالای مبرد در چرخه، مهمترین پارامترهای عملیاتی تاثیرگذار می باشند که با تحلیل حساسیت انتخاب شدند. نتایج نشان داد که در هر دو حالت بهینه سازی، مصرف ویژه 7/1 درصد کاهش یافت. اما مجموع نرخ تخریب اکسرژی در حالت اکسرژی، تا 9/55 درصد کاهش پیدا کرد. همچنین راندمان اکسرژی کل فرآیند در حالت اکسرژی تا 4/4 درصد بیشتر از حالت انرژی است که این امر نشان دهنده برتری انتخاب کیفیت مصرف انرژی به عنوان تابع هدف بهینه سازی است.Nitrogen expansion processes are suitable for mini or small-scale liquefied natural gas plants, due to their simplicity and less equipment. However, they consume a high amount of energy and any attempt to reduce the energy consumption and improve the quality of energy (work potential of energy), leads to enhance the process efficiency and profitability. A mini-scale nitrogen dual expander natural gas liquefaction process is simulated and analyzed by Aspen HYSYS simulator. Then, in order to optimize energy performance of the process, some influencing variables are adjusted using the genetic algorithm approach provided by MATLAB software in two separate optimization cases with different objective functions. Specific energy consumption and total exergy destruction are considered as the objective functions of the optimization cases (namely energy and exergy cases), which represent quantity and quality of energy, respectively. The most important operating variables of the process, refrigerant molar flow, refrigerant temperatures and refrigerant pressures, are selected via a sensitivity analysis. The results indicate that in both of the optimization cases, the specific power consumption of the process is reduced 7.1%. However, the total exergy destruction for exergy case decreases 9.55% which is slightly a more desirable result than the energy case. Also, total exergy efficiency of the process in exergy case is 4.4% higher than the other case which reveals that considering the quality aspect of energy as the objective can improve the performance of the process more appropriately.Keywords: Liquefied natural gas, Nitrogen expansion, Optimization, Energy, Exergy destruction, Efficiency
-
در بهینه سازی انرژی واحدهای صنعتی مهم ترین گام، شناسایی محل اتلاف کیفیت انرژی است. تحلیل اکسرژی با بیان کیفیت انرژی، محل برگشت ناپذیری فرآیند و اتلاف اکسرژی را مشخص می کند. بر اساس اتلاف اکسرژی هر دستگاه، نقاط بحرانی واحد مشخص می شود. تحلیل اکسرژی واحد تبدیل کاتالیستی آبادان نشان می دهد، مبدل های پیش گرمایش خوراک کوره های بخش تصفیه و تبدیل (H-E-1 و P-E-1)، دارای بیشترین اتلاف اکسرژی شبکه مبدل های حرارتی است. لذا با افزودن دو جفت مبدل به این دو مبدل، شبکه مبدل های حرارتی اصلاح شد و اتلاف اکسرژی واحد MMBtu/hr 0769/4 در زمستان و MMBtu/hr 4563/4 در تابستان کاهش می یابد. این طرح اصلاحی نیازمند حدود 215 هزار دلار سرمایه گذاری است و موجب کاهش بار حرارتی گرمایش و سرمایش خارجی حدود MMBtu/hr 15 و MMBtu/hr 9 می شود که باعث حدود 7% کاهش مصرف انرژی می شود. دوره بازگشت سرمایه طرح 45 ماه و سپس سالیانه حدود 57 هزار دلار صرفه جویی را در پی دارد.
کلید واژگان: تبدیل کاتالیستی, تحلیل اکسرژی, اتلاف اکسرژی, شبکه مبدل های حرارتیIdentification of the location of energy loss is the most important step in energy optimization of industrial plants. Exergy analysis specifies the points of irreversibility and the amount of exergy loss. According to the equipment exergy loss، the energy bottlenecks of unit will be specified. Exergy Analysis of Abadan catalytic reforming unit shows heat exchangers، which preheating the feed streams of unifiner and platformer fire heaters (H-E-1 and P-E-1)، have the maximum exergy loss of heat exchangers network. Adding two pairs of heat exchangers to these heat exchangers، the network is retrofitted. Therefore the exergy loss reduces 4. 0769 (MMBtu/hr) in winter and 4. 4563 (MMBtu/hr) in summer. This retrofit needs approximately $215000 investment and will also reduce heat duty of hot and cold utilities to 15 and 9 MMBtu/hr، respectively. This retrofit causes 7% energy saving. The payback period of this investment is 45 months and then will save $57000 annually.Keywords: Exergy analysis, Exergy loss, Catalytic reforming, Heat exchanger network -
با محاسبه مقدار اتلاف اکسرژی در تجهیزات یک واحد فرایندی میتوان میزان بازگشتناپذیری ترمودینامیکی را کمی کرد و در راستای اصلاح و بهینه سازی صنایع فرایندی گام هایی متقن برداشت. دراینتحقیقاز نمودارهایمرکبامگابه عنوانجدیدترینابزار گرافیکیبرایمحاسبهاتلافاکسرژیدرشبکه هایمبدلحرارتی استفادهشدهاست؛ این نمودار برخلاف نمودارهای رایج دیگر خطی است و محاسبه اتلاف اکسرژی به وسیله آن با کمک سطوح مستطیلی شکل، بسیار ساده است. برای محاسبه اتلاف اکسرژی سایر تجهیزات فرایندی نیز از نمودار امگا- آنتالپی استفاده شده است. ابتدا نحوه رسم این نمودارها توضیح داده شده، سپس در محاسبه اتلاف اکسرژی دو نمونه مطالعاتی استفاده شده اند. در مطالعه اول هر یک از تجهیزات فرایند پریکو به محوریت مبدل حرارتی چندجریانه بررسی شدند. نتایج نشان داد که در کل فرایند 66/27 مگاوات اکسرژی تلف می شود. در مطالعه دوم، شبکه مبدل حرارتی نیروگاه شازند بررسی و اتلاف اکسرژی آن 14/8 مگاوات حساب شد.
کلید واژگان: اتلاف کسرژی, تحلیل ترکیبی پینچ و اکسرژی, منحنی های مرکب امگا, نمودار امگا- آنتالپی, فرایند پریکو, نیروگاه حرارتی شازندHaving calculated the exergy loss for all pieces of process equipment, it is possible to show the thermodynamic irreversibility, which makes certain guidelines for modifying the process industries and improving their performance. In this study the exergy loss is calculated using Omega Composite Curves, which is a novel graphical tool for calculating exergy loss in heat exchanger networks. Unlike other current tools, this graph is linear and calculation of exergy loss using the rectangular shaped area is so easy. The Omega-Enthalpy diagram is used to calculate exergy loss for other unit operations. First, how to achieve this diagram is explained and then the diagrams are used for exergy loss calculation in two case studies. In the first study, each of a PRICO process (LNG production) equipment was investigated especially the multi-stream heat exchanger. The results showed that in the whole process 27.66 MW of exergy is wasted. In the second study, the heat exchanger network of Shazand thermal power plant was investigated and exergy loss of this network was calculated by 8.14 MW.
Keywords: Exergy Loss, Combined Pinch, Exergy Analysis, Omega Composite Curves, OmegaEnthalpy Diagram, PRICO Process, Shazand Power Plant -
هدف این تحقیق افزایش اکسرژی و کاهش تولید آنتروپی برای توربین بادی نوع E x c e l-S B e r g e y با بهینه سازی سرعت های شروع چرخش، نامی و خاتمه ی چرخش در الگوریتم انبوه ذرات است. بدین منظور ابتدا تابع هدف با مدل سازی ریاضی اکسرژی توربین بادی به دست می آید. سپس با گردآوری داده های آماری توربین مذکور، توسط کد رایانه یی شبکه ی عصبی، توربین بادی در نرم افزار متلب مدل سازی شده و نتایج آن به صورت جداول و نمودارهایی ارائه می شود. این نتایج رابطه یی میان سرعت هوای ورودی، تولید آنتروپی و بازدهی قانون دوم ترمودینامیک را ارائه کرده است. با بررسی نتایج بهینه سازی توسط الگوریتم انبوه ذارت، تولید آنتروپی به میزان 24٫5 درصد کاهش و بازدهی اکسرژی 41٫7 درصد افزایش پیدا می کندکلید واژگان: آنتروپی, بازدهی اکسرژی, الگوریتم انبوه ذراتOne of the optimization methods is exergy analysis. It uses the conservation of mass and conservation of energy principles, together with the second law of thermodynamics, for the analysis, design and improvement of energy and other systems. Exergy is defined as the maximum amount of work which can be produced by a system or a flow of matter or energy as it comes to equilibrium with a reference environment. Unlike energy, exergy is not subject to a conservation law (except for ideal, or reversible, processes). Rather, exergy is consumed or destroyed, due to the irreversibility in any real process. The exergy consumption during a process is proportional to the entropy created due to the irreversibilities associated with the process. Exergy is a measure of the quality of energy which, in any real process, is not conserved but, rather, is in part destroyed or lost. Many research studies have been carried out on the exergy analysis of wind energy. The purpose of this paper is to develop an improved approach to the exergy analysis and optimization of a wind turbine and find a way to decrease average Entropy generation and increase exergy in ' Bergey Excel-S ' wind turbine through Cut-in, Rated, Furling speeds optimization, using Particle swarm optimization algorithms. Firstly, we would go for mathematical modeling of wind turbine exergy which results in objective function. Then, by means of nerve web computer code in collecting statistical data of so called turbine, it would be modeled in Matlab program and the output results will be covered in tables and diagrams in this paper. This results shows a relation between inlet air speed, Entropy generation, and the efficiency of second law. By studying optimization results from pso algorithm, we have observed a 24.53 % decrease in Entropy generation and 41.67% increase in exergy efficiency.Keywords: Entropy, exergy efficiency, pso algorithm
-
مجله پژوهش نفت، پیاپی 137 (مهر و آبان 1403)، صص 114 -127
این مقاله به منظور کاهش آلودگی زیست محیطی و بهینه سازی مصرف انرژی، برروی شبیه سازی و تحلیل اکسرژی سامانه بازیابی گازهای شبکه فلر در یک پالایشگاه گازی و منابع مصرفی آن تمرکز دارد. در فرآیند استخراج و فرآوری نفت و گاز، مقادیر زیادی از گازهای استفاده نشده به سمت شبکه فلر هدایت می شوند که این امر باعث آلودگی زیست محیطی و هدر رفت اقتصادی می شود. شبیه سازی انجام شده فرآیند نشان می دهد که kg/hr 27800 گاز فلر از شبکه فلر پالایشگاه، با فشار bar 9 دمای C° 25 قابل بازیابی است. یکی از نکات مهم در زمینه سامانه های بازیابی فلر، مصرف بهینه گازهای بازیابی شده است که تحلیل اکسرژی برای شرایط مختلف این امکان را فراهم می نماید. در این مقاله، دو سناریو برای مصرف گازهای فلر ارائه شده است. در سناریوی اول، گازهای بازیابی شده تا فشار bar 70 فشرده شده و سپس به واحد شیرین سازی گاز پالایشگاه تزریق می شود که بازده اکسرژی محاسبه شده برای این سناریو 69% است. در سناریوی دوم، گازهای بازیابی شده فلر به سمت کمپرسورهای موجود در واحد میعانات گازی هدایت می شوند که بازده اکسرژی محاسبه شده برای این سناریو بیش از 78% می باشد. بر اساس نتایج شبیه سازی و تحلیل اکسرژی، این نتیجه حاصل شد که تزریق گازهای فلر بازیابی شده به کمپرسورهای واحد تثبیت میعانات گازی، بهترین راهکار برای بهره وری اقتصادی بیشتر از گازهای بازیابی شده است.
کلید واژگان: فلرینگ, بازیابی گازهای فلر, شبیه سازی, اکسرژی, پالایشگاهPetroleum Research, Volume:34 Issue: 137, 2024, PP 114 -127This paper focuses on the simulation and exergy analysis of flare gas recovery systems and their consuming resources in a gas processing plant, with the aim of minimizing environmental pollution and maximizing energy utilization. During the extraction and processing of oil and gas, significant amounts of unused gases are typically directed to flares, resulting in both environmental pollution and economic waste. Through simulation, it has been determined that approximately 28,700 kg/hour of flare gases can be recovered from the refinery’s flare network, operating at a pressure of 9 bar and a temperature of 25 degrees Celsius. To optimize the consumption of the recovered gases, exergy analysis has been conducted for different consumption scenarios. Two distinct scenarios for the consumption of flare gases are presented. In the first scenario, the recovered gases are compressed to a pressure of 70 bar and injected into the gas sweetening unit of the refinery. Moreover, the calculated exergy efficiency for this scenario is 69%. In the second scenario, the recovered gases are directed to the compressors available in the gas condensate unit. The calculated exergy efficiency for this scenario exceeds 78%. Ultimatly, based on the simulation and exergy analysis results, it is concluded that injecting the recovered flare gases into the compressors of the gas condensate stabilization unit offers the most optimal utilization of the recovered gases. This finding highlights the potential for reducing environmental pollution, minimizing waste, and maximizing the economic resources available in the gas processing plant.
Keywords: Flaring, Recovery Of Flare Gas, Simulation, Exergy, Refinery -
این پژوهش با هدف بهینه سازی ترمودینامیکی نیروگاه اتمی بوشهر با رویکرد آنالیز اکسرژی برای اتصال آبشیرینکن و تولید آب شیرین با حداقل هزینه ممکن انجامشده است. پس از آنالیز اکسرژی و تعیین منابع اتلاف از الگوریتم های فراابتکاری گرگ خاکستری و ازدحام ذرات برای بهینه سازی سیستم استفاده شده است. عملکرد این الگوریتمها در حل تابع راسترینگ ارزیابی گردیده و مسئله اصلی با الگوریتم برتر برای یافتن دماها و فشارهای بهینه حل شده است. سپس یک واحد آب شیرینکن تقطیر چند مرحله ای همراه با ترموکمپرسور با ظرفیت 24000 متر مکعب در روز به یکی از جریانهای بهینه خروجی از توربین کم فشار متصل گردیده است. نتایج نشان دادند که بیشترین میزان برگشت نا پذیری با مقدار 500/1510 مگاوات در ابتدا به راکتور و سپس با مقدار 500/144 مگاوات به ژنراتور بخار تعلق دارد. هزینه تولید آب شیرین نیز در شرایط بهینه نیروگاه 180/1 دلار به ازای هر متر مکعب می باشد.
کلید واژگان: نیروگاه اتمی بوشهر, آب شیرین کن, اکسرژی, الگوریتم گرگ خاکستری, الگوریتم ازدحام ذراتThis research has been carried out with the aim of thermodynamic optimization of Bushehr nuclear power plant with the approach of exergy analysis for the connection of desalination plant and the production of freshwater at the lowest possible cost. After exergy analysis and determination of destruction, gray wolf optimizer and particle swarm algorithms have been used to optimize the system. The performance of these algorithms in solving the Rastrigin function has been evaluated and the main problem has been solved with the superior algorithm to find the optimal temperatures and pressures. Then, a multi-stage distillation desalination unit with a Thermo vapor compressor with a capacity of 24,000 cubic meters per day has been connected to one of the outlet flows of the low-pressure turbine. The results showed that the highest rate of irreversibility and loss with 1510.50 MW belongs first to the reactor and then to 144.50 MW to the steam generator. The cost of producing fresh water in optimal conditions of the power plant is estimated at $ 1.18 per cubic meter.
Keywords: Bushehr nuclear power plant, Desalination plant, Exergy, GWO, PSO -
مجله فرآیند نو، پیاپی 72 (زمستان 1399)، صص 39 -59در این تحقیق، خط لوله 16 اینچ انتقال نفت اهواز-ری به طول 750 کیلومتر با استفاده از نرم افزارهای اسپن پلاس و پایپ فیز جهت به دست آوردن اطلاعات خروجی جریان ها و تجهیزات شبیه سازی گردید. تحلیل اکسرژی خطوط لوله و ایستگاه های تقویت فشار جهت مشخص شدن نرخ تخریب (هدر رفت) اکسرژی محاسبه شد. کم ترین تخریب اکسرژی با مقدار تقریبی 34 کیلووات در ایستگاه تقویت فشار چشمه شور به دست آمد. تحلیل ترمواکونومیک جهت به دست آوردن نرخ هزینه تجهیزات، جریان های ماده، کار و حرارت و همچنین محاسبه ضریب ترمواکونومیک به منظور بهینه سازی سیستم ازنظر اقتصادی انجام شد. بیش ترین نرخ قیمت با مقدار 0/00130 دلار بر ثانیه در ایستگاه تقویت فشار سبزاب مشاهده شد. بیش ترین مقدار ضریب ترمواکونومیک برابر با 0/8477 در ایستگاه چشمه شور به دست آمد. مقدار بیشینه این ضریب برای خطوط لوله برابر با 0/8745 بین ایستگاه های آسار و پل بابا به دست آمد. مشخص شد افزایش دمای محیط، فشار عملیاتی، دبی جرمی، طول و قطر خط لوله موجب افزایش هزینه نهایی انتقال می گردد.کلید واژگان: خط لوله انتقال نفت, شبیه سازی, تخریب اکسرژی, ترمواکونومیک, بهینه سازیIn this research, a 16-inch pipeline of Ahwaz-Rey oil transmission, 750 km long, was simulated using the Aspen Plus and Pipe Phase software to obtain outgoing flow data and equipment. Exergy analysis of pipelines and pressure boost stations were calculated to determine the exergy degradation. The lowest exergy damping with an approximate value of 34 kilowatts was obtained at Sheshmeh Shoor Station. Thermoeconomic analysis was performed to obtain the price of equipment, material flows, heat and work, as well as the price of feed and product flows, and to calculate the thermoeconomic coefficient in order to optimize the system economically. The highest price level was found at 0.00130 $ per second at the Sabzab pressure station. The highest thermoeconomic coefficient was obtained at 0.8477 at Cheshmeh Shoor station. The maximum value of this coefficient for pipelines was equal to 0.8745 between Astra stations and pole Baba. It was found that the increase in ambient temperature, operating pressure, mass flow rate, pipeline length and diameter increase the final cost.Keywords: Oil Pipeline, Simulation, Exergy, Thermoeconomic, Optimization
-
برای کاهش مصرف مواد و انرژی و ارتقای استفاده از منابع تجدیدپذیر مانند سوخت های زیستی، نیاز به اندازه گیری جریان مواد و انرژی اهمیت بیشتری پیدا می کند. تحلیل جریان اکسرژی به عنوان یک ابزار ارزیابی زیست محیطی برای محاسبه پسماندها، تعیین بازده اکسرژی، ارزیابی جایگزین ها و منابع انرژی مختلف، در تعیین سیاست های اقتصادی و زیست محیطی بسیار موثر است. این پژوهش فرآیند ترانس استریفیکاسیون پسماند روغن خوراکی را برای تولید بیودیزل با تمرکز بر کاهش مصرف مواد و انرژی و ارتقای بازده انرژی و اکسرژی بررسی می کند. اجرای واکنش ترانس استریفیکاسیون در شرایط مختلف جرم و انرژی انجام شد و تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی برای اندازه گیری ورودی و خروجی اکسرژی فرایند تولید مورد استفاده قرار گرفت. ارزیابی تاثیر متغیرهای آزمایشی از جمله نسبت مولی متانول به روغن، غلظت هیدروکسید پتاسیم و دمای واکنش بر بازده اکسرژی و اتلاف اکسرژی در ترانس استریفیکاسیون صورت گرفت. بیشترین بازده اکسرژی (7/91 درصد) و حداقل اتلاف اکسرژی (MJ 32/4 به ازای یک کیلوگرم تولید بیودیزل) با نسبت مولی متانول به روغن 8:1، غلظت هیدروکسید پتاسیم 1 درصد وزنی و دمای واکنش °C55 حاصل شد. تحلیل اکسرژی واکنش ترانس استریفیکاسیون نشان داد که استفاده بیش از حد بهینه متانول و کاتالیست در فرآیند تولید بیودیزل باعث افزایش اتلاف اکسرژی به دلیل تولید و هدررفت مواد پسماند شده که این امر باعث کاهش بازده اکسرژی شده است.
کلید واژگان: اکسرژی, بیودیزل, ترانس استریفیکاسیون, پسماند, روغن گیاهی, تحلیل ترمودینامیکیIntroductionBiodiesel is viewed as a promising alternative to fossil fuels due to its favorable chemical properties and environmental benefits. Research has shifted towards producing biodiesel from non-edible oils and waste cooking oils to avoid food scarcity issues. The high cost of production is a major challenge, with raw materials accounting for 75% of the total cost. Sustainability depends on low-cost feedstocks like waste cooking oil. Exergy analysis is a useful tool for optimizing biodiesel production by reducing energy and resource consumption and increasing production yield. The study focuses on the exergy flow of transesterification of waste cooking canola oil, with parameters like methanol:oil ratio, catalyst concentration, and temperature being evaluated.
Materials and MethodsWaste cooking oil (WCO) was used in the present study, with physicochemical properties including density, viscosity, free fatty acid content, and acid value measured. Biodiesel production using a two-step catalyzed method was carried out, with the first step being esterification to remove high water and FFA content in the waste cooking oil. The second step involved transesterification using different methanol:oil ratios, catalyst concentrations, and reaction temperatures. The FAME content of the samples was analyzed using gas chromatography and an equation was provided to calculate the FAME content of the biodiesel samples. In the process of transesterification of WCO, four balance equations were used to analyze exergy. Mass, energy, and entropy input and output must be balanced, with a portion of exergy input being destroyed. The mass exergy component is divided into physical, chemical, potential, and kinetic exergy. The overall exergy of a mixture of substances was calculated by considering physical and chemical exergy. Mixing in the transesterification process is irreversible, with potential work being wasted. Exergy transfer by heat flow and workflow was calculated using specific equations. An exergy conversion coefficient was used to estimate the chemical exergy content of fuels. Dead state conditions were considered for calculating exergy efficiency in the transesterification process.
Results and DiscussionThe GC analysis of transesterification conversion products from a standard sample showed that the main components in WCO-derived biodiesel were methyl salicylate, methyl palmitate, methyl stearate, methyl oleate, methyl linoleate, and methyl oleate. The efficiency of the transesterification process under specific conditions was determined to be 90.23% with an exergy efficiency of 91.73%. Exergy analysis revealed that the exergy embodied in biodiesel was higher than that in WCO, but a portion of WCO's exergy was consumed in the production of biodiesel. The study also highlighted ways to reduce energy loss and material waste in the transesterification process, emphasizing the importance of recycling and reusing waste materials to improve overall resource efficiency. The experiment variables of methanol:oil molar ratio, KOH concentration, and reaction temperature were investigated in the transesterification process for biodiesel production. A higher methanol:oil molar ratio of 6:1 was recommended for maximum yield when using pure oil with low FFA and water content. Increasing the ratio from 4:1 to 8:1 resulted in higher biodiesel yield and exergy efficiency. However, further increasing the ratio to 12:1 led to decreased efficiency. The KOH concentration and reaction temperature also had significant impacts on biodiesel yield and exergy efficiency. Higher catalyst concentration and reaction temperature increased exergy destruction, while a temperature increase from 45℃ to 55℃ improved efficiency and yield. The study suggested that careful optimization of these variables is essential for maximizing biodiesel production and minimizing exergy losses.
ConclusionsExergy analysis is a valuable tool for assessing the environmental impacts of products, processes, or activities by quantifying energy and material usage and waste generation within a comprehensive framework. It also allows for estimating the resource requirements for processes such as transesterification in the production of renewable resources like biodiesel. In this study, the exergy flow in the transesterification of waste cooking oil was evaluated, with a focus on the impact of variables such as methanol:oil ratio, potassium hydroxide concentration, and reaction temperature on biodiesel yield, exergy efficiency, and exergy destruction. Experimental data was collected and used for exergy calculations, revealing that maximum biodiesel yield and exergy efficiency were achieved at specific conditions. Excess methanol or potassium hydroxide led to decreased efficiency and increased exergy loss in the process. Lower temperatures also resulted in higher exergy loss due to reduced conversion efficiency. Understanding the effects of these variables can help improve exergy efficiency and economic performance in commercial biodiesel production. Exergy analysis can also be used to evaluate environmental performance and aid in the development of environmental policies and resource management strategies.
Keywords: Exergy, Biodiesel, Transesterification, Waste, Vegetable Oil, Thermodynamic Analysis
-
از آنجا که گزینه «جستجوی دقیق» غیرفعال است همه کلمات به تنهایی جستجو و سپس با الگوهای استاندارد، رتبهای بر حسب کلمات مورد نظر شما به هر نتیجه اختصاص داده شدهاست.
- نتایج بر اساس میزان ارتباط مرتب شدهاند و انتظار میرود نتایج اولیه به موضوع مورد نظر شما بیشتر نزدیک باشند. تغییر ترتیب نمایش به تاریخ در جستجوی چندکلمه چندان کاربردی نیست!
- جستجوی عادی ابزار سادهای است تا با درج هر کلمه یا عبارت، مرتبط ترین مطلب به شما نمایش دادهشود. اگر هر شرطی برای جستجوی خود در نظر دارید لازم است از جستجوی پیشرفته استفاده کنید. برای نمونه اگر به دنبال نوشتههای نویسنده خاصی هستید، یا میخواهید کلمات فقط در عنوان مطلب جستجو شود یا دوره زمانی خاصی مدنظر شماست حتما از جستجوی پیشرفته استفاده کنید تا نتایج مطلوب را ببینید.
* ممکن است برخی از فیلترهای زیر دربردارنده هیچ نتیجهای نباشند.
-
معتبرحذف فیلتر