Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8134
Main Title: Exergy-based methods applied to the processes of LNG regasification integrated into air separation units
Translated Title: Anwendung exergiebasierter Methoden für die Integration von Prozessen zur Regasifizierung von Flüssigerdgas in Luftzerlegungsanlagen
Author(s): Tesch, Stefanie Janine
Advisor(s): Morozyuk, Tetyana
Referee(s): Morozyuk, Tetyana
Tsatsaronis, George
Stanek, Wojciech
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: The share of natural gas on the overall energy supply is among the other fossil fuels (coal and oil) the fastest growing. The market for the liquefied natural gas (LNG) has increased during the last years. In the import terminal, the LNG is regasified using direct or indirect heat transfer. Within these conventional regasification systems the low-temperature exergy of LNG is destroyed. Thus, different concepts with the utilization of the low-temperature exergy are of particular interest. The LNG regasification can be integrated into power plants or chemical-related systems which leads to their improvement from the thermodynamic point of view. In this work, different concepts for the integration of the LNG regasification into air separation units are developed and analyzed using the exergy-based methods which consist of a conventional and an advanced exergetic analysis, an exergoeconomic analysis, an exergoenvironmental analysis, and an exergy-risk-hazard analysis. As a base for the integration of the LNG regasification two different air separation units are selected. The main difference between the two systems is the product compression: external compression (Case A) and internal compression (Case B). The concepts for the integration of the LNG regasification differ regarding the complexity: simple (Case AD1) and complex (Case AD2). In addition, two concepts with consideration of safety issues (Cases AD2S and BD2S) are analyzed. The results demonstrate that the power consumption decreases by up to 50 % if the low-temperature exergy of LNG is used within an air separation unit. A maximum exergetic efficiency that can be obtained is 49 % (Case AD2S). The results obtained from economic and exergoeconomic analyses show a decrease of the total capital investment costs of up to 25 % which consequently leads to lower specific product costs up to 60 % if the LNG regasification is integrated into an air separation unit. The highest decrease of the product costs is achieved for the system with the complex integration of the LNG stream (Case AD2S). The safety related systems have higher specific product costs but the consideration of the safety aspect results in a lower risk of hazards of the overall systems. The analyzed concepts show the advantages of the integration of the LNG regasification into air separation units by using the low-temperature exergy of LNG.
Der Anteil von Erdgas an der weltweiten Energieversorgung steigt im Vergleich zu den anderen fossilen Energieträgern (Kohle und Öl) am stärksten, was insbesondere in den letzten Jahren zu einem Anstieg des Marktes für Flüssigerdgas geführt hat. Das Flüssigerdgas (englisch Liquefied Natural Gas (LNG)) wird im Einfuhrterminal mittels direkter oder indirekter Wärmeübertragung regasifiziert. Da bei diesen konventionellen Regasifizierungssystemen die Tieftemperaturexergie des LNG nicht verwendet wird, ist die Entwicklung verschiedener Konzepte mit der Nutzung der Tieftemperaturexergie von LNG von besonderer Bedeutung. Die Regasifizierung von LNG kann in Kraftwerke oder verfahrenstechnische Systeme integriert werden, um diese aus thermodynamischer Sichtweise zu verbessern. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Konzepte zur Integration der Regasifizierung von LNG in Luftzerlegungsanlagen entwickelt und mittels der exergiebasierten Methoden analysiert. Diese beinhalten die konventionelle und erweiterte Exergieanalyse, die exergoökonomische Analyse, die exergoökologische und die Exergie-Risiko-Gefahren-Analyse. Als Grundlage zur Integration der Regasifizierung von LNG dienen zwei unterschiedliche Luftzerlegungsanlagen, die sich hauptsächlich hinsichtlich der Verdichtung des Sauerstoffstroms unterscheiden: externe Verdichtung (Case A) und interne Verdichtung (Case B). Es werden vier Konzepte für die Integration der Regasifizierung von LNG werden analysiert, die bezüglich der Komplexität der Integration von LNG (einfach (Case AD1) und komplex (Case AD2)) und der Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten (Cases AD2S und BD2S) variieren. Die Ergebnisse zeigen, dass der Stromverbrauch der Luftzerlegungsanlagen durch die Integration von LNG um bis zu 50 % reduziert werden kann. Es kann ein maximaler exergtischer Wirkungsgrad von 49 % erreicht werden (Case AD2S). Die Ergebnisse zeigen eine Abnahme der Investitionskosten um bis zu 25 % bei der Integration von LNG in Luftzerlegungsanlagen, was zu einer Verringerung der spezifischen Produktkosten von bis zu 60 % führt. Die niedrigsten spezifischen Produktkosten werden durch die komplexe Integration von LNG erreicht (Case AD2S). Die Systeme unter Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten weisen höhere spezifische Produktkosten auf, haben aber ein geringeres Gefahrenpotential. Die analysierten Konzepte zeigen die Vorteile der Nutzung der Tieftemperatur von LNG in Luftzerlegungsanlagen.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/9024
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8134
Exam Date: 25-Sep-2018
Issue Date: 2019
Date Available: 20-Mar-2019
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): liquefied natural gas
LNG
regasification
air separation units
exergy-based methods
Flüssigerdgas
Regasifizierung
Luftzerlegungsanlagen
exergiebasierte Methoden
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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