Oksijen, azot ve argon üreten bir hava ayrıştırma tesisinin enerji, ekserji ve termoekonomik analizi
Energy, exergy and thermoeconomic analysis of an air separation plant producing oxygen, nitrogen and argon
Yazar: HATİCE ÖZDEMİR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK SELİMLİ
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Gaz ayrıştırma = Gas seperation

Özet:
Üretim süreçleri ve teknolojilerinde meydana gelen gelişim endüstriyel gazlara olan ihtiyacı önemli ölçüde artırmıştır. Havanın bileşenleri olan oksijen, azot ve argon farklı endüstriyel sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, entegre bir demir-çelik fabrikasının ihtiyaç duyduğu oksijen, azot ve argon üretilmesi amacı ile kurulmuş olan hava ayrıştırma tesisinin enerji ve ekserji analizleri yapılarak, tesis ekonomik açıdan incelenmiştir. Üretilen birim ürün gaz başına enerji tüketimi, ana ekipmanaların ve tesisin enerji ve ekserji verimlilikleri hesaplanmıştır. Sonuçta, distilasyon kolonlarında %11,16, ana hava kompresöründe %8,92, booster kompresöründe %14,09, ana ısı değiştiricilerinde %8,03, genleşme türbininde ise %5,24 ekserji kaybı hesaplanmıştır. Diğer cihaz ve ekipmanlar göz önüne alındığında tüm tesisin enerji ve ekserji verimliliği sırasıyla %51,8 ve %30,77 'dir. Gerekleştirilen maliyet analizi neticesinde, birim ürün başına harcanan enerji miktarı 0,452 kWh/Nm³ olup, birim ürün maliyeti 0,032 $/Nm3 olarak hesaplanmıştır. Mevcut tesisin 2020 yılı ilk altı ay piyasa koşulları baz alındığında kurulum maliyeti 40.050.000 $ olarak belirlenmiştir. Tesisin yıllık üretim kazanımı yaklaşık 45.509.922 $'dır. Yıllık enerji ve işletme maliyetleri ise 22.514.020 $ ve 4.930.155 $ olarak hesaplanmıştır. Bu bağlamda yıllık net kâr 18.065.747 $'dır. Tesisin 2020 yılı ilk altı ayı piyasa şartları için geri ödeme süresi yaklaşık 2,5 yıl olarak belirlenmiştir.

Abstract:
The development in production processes and technologies has significantly increased the need for industrial gases. Oxygen, nitrogen and argon, which are components of air, are widely used in different industrial sectors. In this study, the energy and exergy analysis of the air separation plant, which was established to produce oxygen, nitrogen and argon needed by an integrated iron and steel factory, was analyzed in terms of economy. Energy consumption per unit product gas produced, energy and exergy efficiencies of the main equipment and facility were calculated. As a result, exergy loss was calculated as 11.16% in distillation columns, 8.92% in main air compressor, 14.09% in booster compressor, 8.03% in main heat exchanger and 5.24% in expansion turbine. Considering the other devices and equipment, the energy and exergy efficiency of the entire facility is 51.8% and 30.77%, respectively. As a result of the required cost analysis, the amount of energy consumed per unit product was 0.452 kWh / Nm³ and the unit product cost was calculated as 0.032 $ / Nm3. Based on market conditions for the first six months of 2020, the installation cost of the existing facility has been determined as $ 40,050,000. The annual production gain of the facility is approximately $ 45,509,922. Annual energy and operating costs are calculated as $ 22,514,020 and $ 4,930,155. In this context, the annual net profit is $ 18,065,747. The payback period for the first six months of 2020 for the market conditions of the facility has been determined as approximately 2.5 years.