Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5565
Main Title: Thermodynamic and economic evaluation of existing and prospective processes for liquefaction of natural gas in Malaysia
Translated Title: Thermodynamische und ökonomische Bewertung bestehender und zukünftiger Prozesse zur Erdgasverflüssigung in Malaysia
Author(s): Bin Omar, Mohd Nazri
Advisor(s): Morozyuk, Tetyana
Referee(s): Morozyuk, Tetyana
Wojciech, Stanek
Tsatsaronis, George
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: In der Energiewirtschaft wird verflüssigtes Erdgas (LNG) weltweit als umweltfreundlicher Energieträger für Klein- und Großanlagen betrachtet, wobei LNG zur Deckung des stetig wachsenden Bedarfs an elektrischem Strom geeignet ist. In der vorliegenden Arbeit werden sowohl bestehende als auch neue Prozesse zur LNG Produktion thermodynamisch und wirtschaftlich analysiert. Die analysierten Prozesse unterscheiden sich im Bereich der Vorkühlung, der kryogenen Hauptkühlung durch Kreisprozesse sowie in der Verwendung verschiedener Kältemitteln, die aus einem Reinstoff oder einem Stoffgemisch bestehen. Basierend auf Energieanalysen werden Leistungen in den Anlagen zum Beispiel durch Summenkurven für die Wärmeübertragung ermittelt. Andererseits werden die Komponenten und Systeme durch Exergie bewertet. Die damit verbundenen exergiebasierten Analysen nutzen den exergetischen Aufwand und Nutzen zur Ermittlung der Exergievernichtung sowie der jeweiligen exergetischen Wirkungsgrade. Für die Erzeugung der notwendigen Kälteleistung wird die physikalische Exergie in einen mechanischen und thermischen Anteil unterteilt, da der große Bereich von Druck und Temperatur (142 bis -168°C) die Umgebungsbedingungen überschreitet. Da Betreiber industrieller Anlagen viele Betriebsparameter vertraulich behandeln und Veröffentlichungen über zuverlässige Kostendaten kaum existieren, werden Sensitivitätsanalysen verwendet. Generell stellten sich Prozesse mit Kältemittelgemischen als effizienter heraus. Als exergetisch effizienteste Prozesse wurden der C3MR-Prozess mit 33% (4,5 mtpa) gefolgt vom MR-X-Prozess mit 32% (7,8 mtpa) ermittelt. Zum weiteren Verständnis wurden Wirtschaftlichkeitsanalysen durchgeführt. Im Besonderen sind die Kosten des Hauptwärmeübertragers, in dem thermische Energie im kryogenen Temperaturbereich übertragen wird, am höchsten. Die ermittelten Produktgestehungskosten liegen zwischen 0,3 und 0,6 $bn/mtpa, was im üblichen Bereich für Neubauanlagen liegt. Unter anderem wird ein neuer Prozess (MR-X) vorgestellt. Dabei wurde festgestellt, dass dieser Prozess unter verschiedenen klimatischen und infrastrukturellen Rahmenbedingungen effizient und wirtschaftlich LNG produziert.
Liquefied Natural Gas (LNG) in the energy sector is seen as a realistic source for providing cleaner, small to large scale fuel, due to the ever-increasing global environmental protection and high demand of electricity at a competitive rate. In this work, several LNG processes existing and prospective ones are analysed thermodynamically and economically. Refrigeration technology is important in assessing the considered energy conversion plants. The different designs in precooling, main cryogenic and subcooling cycles among the LNG processes, with various pure- and mixed-refrigerants, added the complexity but significant in their evaluations. While energetic analysis provides important information that can leads to plant general performance, for example from the cumulative cooling curves chart, useful energy and irreversibilities of the system and system components can offer better assessment. This led to the development of exergy-based analyses, in which exergy of fuel and product at system and component levels derive their exergy destructions and exergetic efficiencies. In cold production, physical exergy is split into thermal and mechanical exergies because of the wide range of working pressures and temperatures; between the high 142 C down to -168 C at their corresponding pressures, as well as their conditional ambient references. Sensitivity analysis helped against the challenges in obtaining the industrial plants data where confidentiality, costly information, and limited reliable sources are in norm. Thus among the examined processes, the most efficient are those working with the mixed-refrigerant technology. The highest exergetic efficiency among all analysed systems is the C3MR process at 33% (4.5 mtpa) followed by the MR-X process at 32% (7.8 mtpa). Economic analysis is approached to see the LNG systems further. The main cryogenic multi-flow heat exchangers remain the highest priced compared to other critical components in their Fixed Capital Investments. The total costs for the analysed systems, from 0.3 to 0.6 $ bn/mtpa, are in range with available literatures consistent for greenfield power plants. A newly design concept of LNG process, the MR-X, is presented together with similar analyses. It opens up a new insight, where such design is feasible, practical and realistic to various climatic and infrastructure challenges while having efficient and economic high LNG production strong to cooperate with the latest LNG technologies in the market.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5978
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5565
Exam Date: 22-Oct-2015
Issue Date: 2016
Date Available: 10-Nov-2016
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Subject(s): exergy
liquefied natural gas
thermodynamic
C3MR AP-X MR-X
Malaysia
Exergie
verflüssigtes Erdgas
thermodynamisch
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