Linde prosesinin termodinamik analizi ve trijenerasyonla işletilmesi durumunun değerlendirilmesi

Abstract

Hava ayrışım ürünleri oksijen, azot ve argon, tüm dünya ülkelerinde endüstriyel ve medikal alanlarda kullanılmaktadır. Yalnızca Türkiye'nin kayıtlı oksijen tüketimi yıllık 3,5 milyar tonun üzerindedir. Bu miktarın üretimi için gerekli tahmini toplam güç 500 MW civarındadır.Bu çalışmada 250 ton/gün kapasiteli, şebekeden çektiği 7,77 MW güçle işletilen kriyojenik bir hava ayrışım tesisi termodinamik olarak incelenmiş; tüm cihazların ve hava ayrışım tesisinin enerji ve ekserji verimleri belirlenmiştir. Bu verimler benzer çalışmalarla kıyaslanmıştır. Şebeke elektriğinden beslenen tesisin birim ürün başına enerji maliyeti hesaplanmıştır.Mevcut hava ayrışım tesisinin, bir trijenerasyon tesisisiyle entegre çalışması durumu değerlendirilmiştir. Trijenerasyon tesisinden sağlanan enerji ile hava ayrışım tesisinin cihazlarında hem ısıtma hem de soğutma yapılarak tesisi işletmek için gerekli gücün 7,77 MW'tan 5,5 MW'a düşürülebileceği görülmüştür. Hava ayrışım tesisinde gerekli ısıtma ve soğutma yükünü de karşılayacak, 5,5 MW elektrik üretim kapasiteli, doğal gaz yakıtlı, gaz türbinli, tek kademeli absorbsiyonlu soğutmadan oluşan bir trijenerasyon tesisi tasarlanmıştır. Bu tasarımda Linde çevrimi için gerekli tüm gücün trijenerasyondan karşılanması esas alınmıştır. Böylelikle kompresörlerin enerji verimlerinin %25, ekserji verimlerinin %18 artırılabileceği görülmüştür. Diğer cihazlardaki iyileşmelerle birlikte komple Linde prosesinin enerji veriminin %63'ten %82'ye; ekserji veriminin %23'ten %35'e iyileşme potansiyeli olduğu görülmüştür. Trijenerasyonla işletilecek Linde prosesinin ürün başına enerji maliyeti de hesaplanmış ve ürün başına maliyette şebeke elektriğiyle işletme durumuna göre %33 azalma sağlanabileceği görülmüştür.Anahtar Kelimeler: Enerji ve Ekserji Analizi, Hava Ayrışım Tesisi, Hava Ayrıştırma Maliyeti, Linde Prosesi, Trijenerasyon.

The air separation products oxygen, nitrogen and argon, are used in industrial and medical fields in countries all over the world. Oxygen consumption registered only in Turkey exceed 3.5 billion tons annually. The amount of power spent on this production is around 500 MW.In this study, a cryogenic air separation unit, which is 250 tons/day capacity and operated with 7.77 MW power taken from the network is thermodynamically analyzed. As a result, energy and exergy efficiency of all equipment and air separation plant is identified. Following that, these efficiency data is compared with similar studies. In addition to that, cost of unit produced is calculated for the plant, that is fed by the electricity network.The existing air separation plant is also assessed to work integrally with a trigeneration plant. The power needed to run the plant is decreased from 7.77 MW to 5.5 MW by the utilisation of trigeneration both for heating and cooling. A trigeneration plant is planned, which has single stage absorption and cooling with a gas turbine, running on natural gas with a capacity of 5.5 MW for maintaining both heating and cooling needed in the air separation unit. All the other power requirements for the air separation plant will be supplied by the trigeneration plant. Energy efficiency of the compressors is increased by 25% and exergy efficiency by 18%. Together with the improvements in the other equipment, energy efficiency of the Linde process is increased from 63% to 82% and exergy efficiency of the Linde Process is increased from 23% to 35%. Furthermore, energy cost of unit production for the Linde Process is calculated and 33% cost decrease is achieved, compared to running the plant with network power.Keywords: Energy and Exergy Analysis, Air Separation Plant, Air Separation Cost, Linde Process, Trigeneration.