بهینه‌سازی عملیاتی مصرف انرژی در فرآیندهای جداسازی با استفاده از انتگراسیون پمپ حرارتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده توسعه و بهینه‌سازی فناوری‌های انرژی، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران

2 پژوهشکده توسعه و بهینه‌سازی فناوری‌های انرژی، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

چکیده

امروزه تحلیل پینچ به عنوان یکی از مهم‌ترین ابزارهای انتگراسیون حرارتی، جهت هدف‌گذاری و طراحی فرآیندهای پالایشگاهی به‌کار برده می‌شود. امکان‌سنجی به‌کارگیری پمپ حرارتی در یک فرآیند جداسازی از جمله مواردی است که می‌توان با استفاده از این تکنولوژی به آن دست یافت. اصولاً یک پمپ حرارتی به‌عنوان دستگاهی جهت بازیافت حرارت عمل می‌کند، به‌طوری‌که با دریافت مقداری انرژی، حرارت اتلافی دما پایین فرآیند را به یک حرارت مفید با دمایی بالاتر تبدیل می‌نماید. با توجه به نیاز بسیار بالای انرژی در فرآیندهای جداسازی، استفاده از یک سیستم پمپ حرارتی جهت پمپ کردن حرارت از چگالنده به جوش‌آور برج‌ها، می‌تواند منجر به کاهش مقادیر قابل توجهی از انرژی ‌شود. در این پژوهش با ارائه یک الگوریتم بررسی سریع، امکان‌سنجی فنی و اقتصادی نصب پمپ حرارتی در فرآیند جداسازی یک واحد صنعتی با استفاده از تحلیل پینچ و بهره‌گیری از تجربیات با ارزش عملیاتی مورد ارزیابی و تحلیل قرارگرفته ‌‌است. نتایج نشان می‌دهد که با به‌کارگیری پمپ حرارتی در فرآیند جداسازی تصفیه گاز مایع پالایشگاه نفت تهران، 144 هزار دلار در سال صرفه‌جویی انرژی روی می‎دهد که زمان بازگشت سرمایه آن حدود 4 سال می‌باشد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Energy Optimization in Separation Processes Using Heat Pump Integration

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Goodarzvand-Chegini 1
  • Leila Samiee 2
  • Ramin Karami 1
1 Optimization & Development of Energy Technologies Division, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Tehran, Iran
2 Optimization & Development of Energy Technologies Division, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Tehran, Iran
چکیده [English]

Pinch technology has been employed as an important tool for the heat integration of petroleum refining processes. The thermal integration of heat pumping system is done by this technology. A heat pump is a system that takes low level heat from a source and delivers it to a sink where higher heat load and temperature levels are required. Heat pump integration in separation columns operates between the condenser as heat source and the reboiler as a heat sink. Therefore, it operates by extracting an amount of heat from a source with a relatively low temperature and delivering a larger amount of heat to a sink with a higher temperature by consuming high quality energy. In this study, the proper heat integration feasibility of a heat pump is done in the LPG process of Tehran oil refinery, which resulted in a $ 144,000 annual savings in energy cost.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heat Integration
  • Heat Pump
  • Energy Optimization
  • Pinch Technology
  • Separation Process
[1]. Smith R., Chemical process design and integration", McGraw Hill Inc., 1995.

[2]. Industrial heat pumps for steam and fuel savings, U.S. Department of Energy, Energy Efficiency and Renewable Energy, DOE/GO-102003-1735, June 2003.

[3]. Rivera-Ortega P., Pico n-NuÂnÄ ez M., Torres-Reyes E., Gallegos-MunÄ ozb A., “Thermal integration of heat pumping systems in distillation columns”, Applied Thermal Engineering 19, pp. 819-829, 1999.

[4]. Benstead R., Sharman F.W., “Heat pumps and pinch technology”, Heat Recovery Systems and CHP, Vol. 10, Issue 4, pp. 387-398, 1990.

[5]. Eduardo Diez, Paul Langston, Gabriel Ovejero, Dolores Romero M., “Economic feasibility of heat pumps in distillation to reduce energy use”, Applied Thermal Engineering 29, pp. 1216–1223, 2009.

[6]. Fonyo Z., Mizsey P., “Economic applications of heat pumps in integrated distillation systems”, Heat Recovery Systems & CHP, Vol. 14, No. 3, pp. 249–263, 1994.

[7]. Fonyo Z. and Benko N., “Comparison of various heat pump assisted distillation configurations”, Institution of Chemical Engineers Trans IChemE, Vol. 76, Part A, pp. 348–360, March 1998.

[8]. Nilsson K., Sunden B., “Optimizing a refinery using the pinch technology and the mind method”, Heat Recovery Systems & CHP, Vol. 14, No. 2, pp. 211–220, 1994.

[9]. Gadalla M., Jobson M., Smith R., “Optimization existing heat-integrated refinery distillation systems”, Trans IChemE, Vol. 81, Part A, pp. 147-152, Jan. 2003.

[10]. Fonyo Z.,  Benkő N., “Enhancement of process integration by heat pumping”, Computers Chem. Engng., Vol. 20, pp. 85-S90, 1996. 

[11]. Laue H.J., “Advanced materials and technologies: heat pumps”, New Series VIII/3C, Springer, pp. 605-625, (DOI: 10.1007/10858992-21), Jan. 2006.

[12]. Chua K.J., Chou S.K., Yang W.M., “Advances in heat pump systems: A review”, Applied Energy 87, pp. 3611–3624, 2010.

[13]. New industrial heat pump application to a petrochemical plant, Phase II, Final Report, Tensa Services, Inc., Houston, Texas, DOE/ID/12860, Mar., 1999.