امکانسنجی و طراحی مفهومی سنتز متانول سبز با بهرهگیری از گاز H2 جریانات پرج بهعنوان خوراک مستقل
Keywords:
گاز پرج, هیدروژناسیون CO2, متانول, شبیه سازی Aspen PlusAbstract
با توجه به کاربرد متانول (MeOH) بهعنوان سوخت جایگزین و عامل کاهش CO2، اهمیت آن در صنایع پتروشیمی افزایش یافته است. از اینرو، محققان در حال بررسی یک رویکرد پایدار برای سنتز کارآمد MeOH هستند. در مجتمع پتروشیمی فنآوران، مقادیر قابلتوجهی گاز H2 در جریانهای پرج وجود دارد که میتوان از آن بهعنوان یک جریان مستقل خوراک برای تولید MeOH بهره جست. پژوهش حاضر در قالب یک ایده نوآورانه با استفاده از یک طراحی مفهومی و تحلیل فنی، به کمک فناوری کاملا بومی، اقدام به تولید همزمان MeOH و بخار فشار بالا (HPS) از این منبع گاز H2 کرد. در این راستا، طرح پیشنهادی با در نظر گرفتن ملاحظات فنی (از جمله انتخاب مدل سینتیکی مناسب و چیدمان بهینه تجهیزات) و با استفاده از دادههای طراحی (برای برآورد اولیه) و واقعی (برای رسیدن به شرایط معقول) مجتمع، با نرمافزار Aspen Plusشبیهسازی شد. برای بهینهسازی عملکردی طرح پیشنهادی، فرآیند بومیسازی با توسعه کاتالیست نیمهصنعتی و با تعیین نسبتهای بهینه اتمی (9CuO/Al₂O₃ = و 2.7 CuO/ZnO =)، شرایط بهینه سنتز و نوع ارتقادهنده (CuO/ZnO/Al₂O₃/ZrO₂-5% (CZAZ-5)) همراه بود. عملکرد کاتالیست CZAZ-5 در یک واحد پایلوت در مقیاس آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت. در وهله اول، طرح پیشنهادی بهگونهای بهینه شد تا اطمینان حاصل شود که خروجی آن با نتایج بهدستآمده از پایلوت آزمایشگاهی مطابقت دارد. نتایج شبیهسازی براساس دادههای طراحی واحد فنآوران نشان داد که طرح پیشنهادی حاضر قابلیت تولید MeOH و HPS بهترتیب 16 تنبرساعت و 12000 کیلوگرم بر ساعت را دارا است. در وهله دوم بهینهسازی براساس میزان مصرف CO2، طرح پیشنهادی با کاهش حدود 50 درصدی در مصرف CO₂ تنها افت بسیار جزئی در میزان تولید MeOH و HPS را تجربه کرد که بعد اقتصادی بودن طرح حاضر را پررنگ می کند. در نتیجه، با استفاده از این فناوری بومی، امکان تولید MeOH و HPS با حداقل مصرف منبع کربن و بیشینه استفاده از آلایندههای جریانات پرج فراهم شده است.
Downloads
References
[1] Hanifa M, Agarwal R, Sharma U, Thapliyal PC, Singh LP. A review on CO2 capture
and sequestration in the construction industry: Emerging approaches and commercialised
technologies. J CO2 Util 2023;67:102292. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2022.102292.
[2] Martin-Roberts E, Scott V, Flude S, Johnson G, Haszeldine RS, Gilfillan S. Carbon
capture and storage at the end of a lost decade. One Earth 2021;4:1569–84.
https://doi.org/10.1016/j.oneear.2021.10.002.
[3] Sharma P, Sebastian J, Ghosh S, Creaser D, Olsson L. Recent advances in
hydrogenation of CO2 into hydrocarbons via methanol intermediate over heterogeneous
catalysts. Catal Sci Technol 2021;11:1665–97. https://doi.org/10.1039/D0CY01913E.
[4] Tawalbeh M, Javed RMN, Al-Othman A, Almomani F, Ajith S. Unlocking the
potential of CO2 hydrogenation into valuable products using noble metal catalysts: A
comprehensive review. Environ Technol Innov 2023;31:103217.
https://doi.org/10.1016/j.eti.2023.103217.
[5] Bellotti D, Rivarolo M, Magistri L, Massardo AF. Feasibility study of methanol
production plant from hydrogen and captured carbon dioxide. J CO2 Util 2017;21:132–8.
https://doi.org/10.1016/j.jcou.2017.07.001.
[6] Mirvakili A, Khalilpourmeymandi H, Rahimpour MR. Reduction of gas emission
via optimization of purified purge gas recycle ratio for conversion of CO2 to methanol. J
Environ Chem Eng 2016;4:1348–58. https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.01.034.
[7] Yousuf A, Hossain MS, Paul N, Shikder MW, Kumar D, Pirozzi D, et al. Process
integration approach to the methanol (MeOH) production variability from syngas and
industrial waste gases. Energies 2023;16. https://doi.org/10.3390/en16186557.
[8] Bozzano G, Manenti F. Efficient methanol synthesis: Perspectives, technologies and
optimization strategies. Prog Energy Combust Sci 2016;56:71–105.
https://doi.org/10.1016/j.pecs.2016.06.001.
[9] Sollai S, Porcu A, Tola V, Ferrara F, Pettinau A. Renewable methanol production
from green hydrogen and captured CO2: A techno-economic assessment. J CO2 Util
2023;68:102345. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2022.102345.
[10] Kleymenov E, Sa J, Abu-Dahrieh J, Rooney D, Bokhoven A va. J, Troussard E, et
al. Structure of the methanol synthesis catalyst determined by in situ HERFD XAS and
EXAFS. Catal Sci Technol 2012;2:373–8. https://doi.org/10.1039/C1CY00277E.
[11] Sahibzada M, Metcalfe IS, Chadwick D. Methanol synthesis from CO/CO2/H2 over
Cu/ZnO/Al2O3 at differential and finite conversions. J Catal 1998;174:111–8.
