Σχεδιασμός ολοκληρωμένων συστημάτων διεργασιών δέσμευσης διοξειδίου του άνθρακα (CO2) από μονάδες ηλεκτροπαραγωγής και εισπίεσης σε ταμιευτήρα πετρελαίου
Creators: name: Δόντης, Γεώργιος Νικόλαος
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Δέσμευση Διοξειδίου του Άνθρακα
Επαυξημένη Απόληψη Πετρελαίου
Ελάχιστη Πίεση Αναμιξιμότητας
CO2 Capture – Calcium Looping
Enhanced Oil Recovery
Minimum Miscibility Pressure

description: Η εκπομπή αερίων του θερμοκηπίου από την παραγωγή ενέργειας αποτελεί στις μέρες μας μείζον θέμα επιστημονικής συζήτησης αλλά και έρευνας. Το αέριο το οποίο εκλύεται σε τεράστιες ποσότητες και αποτελεί την κύρια αιτία της κλιματικής αλλαγής είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) το οποίο είναι το κύριο προϊόν της καύσης των ορυκτών καυσίμων. Τις τελευταίες δεκαετίες γίνεται μια προσπάθεια δέσμευσης, μεταφοράς και γεωλογικής αποθήκευσης του διοξειδίου του άνθρακα με σκοπό τον μετριασμό των ποσοτήτων που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα. Το πρώτο τμήμα της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας εστιάζεται κυρίως στην προσομοίωση μονάδας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με καύση φυσικού αερίου στην οποία το παραγόμενο διοξείδιο του άνθρακα δεσμεύεται με κύκλους ενανθράκωσης-ασβεστοποίησης καθώς και με τη χρήση αμινών. Επιπλέον, στη μέθοδο με κύκλους ενανθράκωσης-ασβεστοποίησης μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας του αντιδραστήρα ενανθράκωσης (600oC ,620oC και 650oC) ως προς την παραγόμενη ποσότητα CO2/MWh, το ποσοστό δέσμευσης του CO2, τη καθαρότητα του CO2 και τη παραγόμενη ενέργεια της μονάδας MWh/Kg CH4. Οι ίδιοι παράγοντες μελετήθηκαν και στην μέθοδο δέσμευσης με χρήση αμινών για διαφορετικούς λόγους επαναρροής του αναβραστήρα στον απογυμνωτή (0,7 και 3). Από την σύγκριση μεταξύ των δύο μεθόδων, προέκυψε ότι η δέσμευση με κύκλους ενανθράκωσης-ασβεστοποίησης υπερτερεί αυτής των αμινών σε όλα τα κριτήρια αξιολόγησης. Το δεύτερο τμήμα αφορά τη βιβλιογραφική ανασκόπηση για τους τρόπους μεταφοράς του διοξειδίου του άνθρακα. Αναλύονται οι τεχνολογίες μεταφοράς του CO2, τα ποιοτικά κριτήρια-καθαρότητα του CO2, οι κίνδυνοι μεταφοράς καθώς και το κόστος. Στο τρίτο τμήμα, αναλύονται οι επιλογές που υπάρχουν για γεωλογική αποθήκευση του CO2 και επιλέγεται για επιπλέον μελέτη η μέθοδος της επαυξημένης απόληψης πετρελαίου (EOR). Με στόχο τον υπολογισμό της ελάχιστης πίεσης αναμιξιμότητας (minimum miscibility pressure) του CO2 (100% καθαρότητας) με το ρευστό ενός πετρελαϊκού ταμιευτήρα, πραγματοποιείται αρχικά προσομοίωση της ογκομετρικής συμπεριφοράς και ισορροπίας φάσεων του πετρελαϊκού ρευστού με χρήση κατάλληλης καταστατικής εξίσωσης. Για την προσομοίωση της ογκομετρικής συμπεριφοράς και της συμπεριφοράς φάσεων του πετρελαϊκού ρευστού, πραγματοποιήθηκε χαρακτηρισμός των συστατικών του πετρελαϊκού μίγματος (καθορισμός κρίσιμων ιδιοτήτων ψευδοσυστατικού), διερεύνηση της επίδρασης των δυαδικών συντελεστών αλληλεπίδρασης του μίγματος, χρήση συντελεστή διόρθωσης γραμμομοριακού όγκου καθώς και χρήση συσχετίσεων για την καλύτερη εκτίμηση του ιξώδους. Επίσης πραγματοποιήθηκε κατάτμηση (splitting) του αρχικού ψευδοσυστατικού του μίγματος σε επιμέρους ψευδοσυστατικά (τρία ψευδοσυστατικά) για τον καλύτερο χαρακτηρισμό του μίγματος και καλύτερη πρόρρηση κατ’επέκταση των πειραματικών δεδομένων από την καταστατική εξίσωση. Σε κάθε περίπτωση είτε ενός είτε περισσότερων ψευδοσυστατικών, πραγματοποιήθηκε τελικά ρύθμιση (tuning) της καταστατικής εξίσωσης με ανάλυση παλινδρόμησης (regression analysis). Τέλος, στη βάση της καταστατικής εξίσωσης που περιγράφει καλύτερα τη συμπεριφορά του πετρελαϊκού ρευστού, υπολογίστηκε η ελάχιστη πίεση αναμιξιμότητας του καθαρού CO2 με το πετρελαϊκό ρευστό με τη χρήση της μεθοδολογίας “cell to cell” αλλά και με τη χρήση δημοφιλών συσχετίσεων στην πετρελαϊκή βιομηχανία. Διαπιστώθηκε ότι είναι εφικτή η αναμιξιμότητα του εισπιεζόμενου CO2 με το πετρελαϊκό ρευστό που μελετήθηκε, αναπτύσσοντας αναμιξιμότητα πολλαπλών επαφών, και προσδιορίστηκαν η τιμή της ελάχιστης πίεσης αναμιξιμότητας μέσω πολλαπλών επαφών και με την πρώτη επαφή.
description: Nowadays, the emission of greenhouse gases from power stations is a major topic of scientific debate and research. The gas which is emitted in large quantities and is the main reason for the climate change is carbon dioxide (CO2), which is the main product of combustion of fossil fuels. In recent decades an effort has been made to capture, transport and geologically store the carbon dioxide in order to mitigate the quantities emitted into the atmosphere. The first part of this postgraduate diploma thesis focuses mainly on the simulation of Calcium Looping capture method as well as the Amine based capture method applied to gas-fired power plants. In addition, a sensitivity analysis was performed to assess the influence of the carbonator temperature (600 ° C, 620 ° C and 650 ° C) on the amount of CO2 / MWh produced, the CO2 capture rate, the CO2 purity and the energy produced in MWh / Kg CH4. The same factors were also studied in the amine based method for different refluxing ratios of the reboiler in the stripper (0.7 and 3). The comparison between the two methods concluded that capture with Calcium Looping is superior in all factors. The second section refers to a bibliographic review of carbon dioxide transport. It analyzes CO2 transport methods, quality criteria - CO2 purity, transport risks as well as costs. In the third section, the options for geological storage of CO2 are analyzed and the enhanced oil recovery (EOR) method is selected for further study. In order to compute the minimum miscibility pressure of the pure CO2, a simulation of the volumetric behavior and phase equilibrium of the oil fluid is performed. The simulation included the characterization of the components of the petroleum mixture (determination of critical properties of the pseudo-constituent) the investigation of the effect of the binary interaction coefficients of the mixture, the use of volume shift factors and the use of correlations for the better viscosity assessment. These steps were progressively assessed by the experimental data from the equation of state. In the next phase, the splitting of the original pseudo-component of the mixture into three individual pseudo-components (three pseudo-constituents) was performed to better characterize the mixture and better predicted by experimental data from the equation of state. In each case of either one or more pseudo-constituents, the tuning of the EOS was done by the regression analysis used by the software. Finally, the minimum miscibility pressure of pure CO2 with the oil fluid was calculated, and the result was compared with established correlations of the oil industry to ensure the validity of the computational outcome within the acceptable range.
description: Σε συνεργασία με: Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος (Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών), Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο), Οικονομικών Επιστημών (Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης)