Loading…
Thumbnail Image

Evaluation of a gas refinery using exergy-based methods

Sarcheshmehpoor, Mehrnoosh

Processing of natural gas as one of the main resources of energy has been always in the center of focus to boost production of high commercial value products such as ethane, propane, butane and condensate for different applications. In this work, some operation units of a natural gas refinery are assessed based on thermodynamic efficiency and economic feasibility and from environmental impacts point of view. Exergy analysis is used for evaluation of considered gas refinery in some major units of operation such as condensate stabilization, dehydration and mercury guard, ethane recovery unit, NGL fractionation unit, propane refrigeration, export gas compression unit and sour water treatment unit. Other units of operation have been considered as black boxes and only the interactions with the main units have been taken into account. The aim of this study is to improve the process by identifying the location and magnitude of thermodynamic inefficiencies in studied gas refinery and by making appropriate actions for improvement. In addition, to have a more precise evaluation; an economic analysis has been conducted and the results has been combined with exergy analysis. This methodology known as -Exergoeconomic analysis - reveals equipment with highest priority of improvement, considering a trade-off between thermodynamic inefficiencies and cost of equipment. In addition to exergoeconomic analysis, the plant has been also evaluated by exergoeconomic diagnostic to reveal the influential components for replacement after the calculated life time of the plant. In analogy with exergoeconomic, the plant also has been assessed by exergoenvironmental analysis and results associated with environmental impacts obtained. Lastly, the most influential components in the system based on highest rate of exergy destruction have been selected and analyzed with advanced exergy-based analyses. Among examined components, obtained results from exergoeconomic show dryers’ regeneration furnace (104-H1) and second stage refrigerant compressor (111-K6) total iv cost is related to exergy destruction and require improvement by reducing the destructed exergy costing which lead to apply better process design or technology. On the other hand, export gas compressor (106-K7), and depropanizer column (107-C4) could be improved by using a moderate technology to reduce the equipment cost rate. The results obtained from exergoeconomic diagnostic urge the system, to replace the dryers’ regeneration furnace (104-H1) and export gas compressor (106-K7), as the cost of destruction is quiet high in these components. In addition, the results of exergoenvironmental analysis, shows that dryers’ regeneration furnace (104-H1) and export gas compressor (106-K7) are the main contributors to the environmental impacts of exergy destruction. Therefore, by applying better technology margins, the corresponding environmental impact is reduced. Lastly, the advanced exergy-based analyses results show that among analyzed components, treated gas compressor (105-K4), export gas compressor (106-K7) and cold box (105-E8) have the highest rate of avoidable exergy destruction and corresponding cost and environmental impacts, which can influence the overall system efficiency from thermodynamic and cost and environmental concerns.
Die Verarbeitung von Erdgas als eine der Hauptenergiequellen stand schon immer im Mittelpunkt, um die Produktion von hochwertigen Produkten wie Ethan, Propan, Butan und Kondensat für verschiedene Anwendungen zu steigern. In dieser Arbeit werden einige Betriebseinheiten einer Erdgasraffinerie auf der Grundlage der thermodynamischen Effizienz und Wirtschaftlichkeit sowie unter dem Gesichtspunkt der Umweltauswirkungen bewertet. Die Exergieanalyse wird zur Bewertung von Gasraffinerien in einigen wichtigen Betriebseinheiten wie Kondensatstabilisierung, Dehydrierung und Quecksilberwächter, Ethanrückgewinnungseinheit, NGL-Fraktionierungseinheit, Propankühlung, Exportgasverdichter und Sauerwasserbehandlungseinheit verwendet. Andere Betriebseinheiten wurden als Blackboxen betrachtet und nur die Wechselwirkungen mit den Haupteinheiten wurden berücksichtigt. Ziel dieser Studie ist es, den Prozess zu verbessern, indem der Ort und die Größenordnung der thermodynamischen Ineffizienzen in untersuchten Gasraffinerien identifiziert und geeignete Maßnahmen zur Verbesserung getroffen werden. Um eine genauere Bewertung zu erhalten, wurde eine ökonomische Analyse durchgeführt und die Ergebnisse mit einer Exergieanalyse kombiniert. Diese als -Exergoökonomische Analyse - bezeichnete Methodik zeigt Geräte mit höchster Priorität der Verbesserung unter Berücksichtigung eines Kompromisses zwischen thermodynamischen Ineffizienzen und den Kosten der Geräte. Zusätzlich zur exergoökonomischen Analyse wurde die Anlage auch von der exergoökonomischen Diagnostik bewertet, um die einflussreichen Komponenten für den Austausch nach der berechneten Lebensdauer der Anlage zu ermitteln. In Analogie zu exergoökonomisch wurde die Anlage auch durch exergoenvironmental analysis und Ergebnisse im Zusammenhang mit den erzielten Umweltauswirkungen bewertet. Schließlich wurden die einflussreichsten Komponenten im System, die auf der höchsten Rate der Exergiezerstörung basieren, ausgewählt und mit erweiterten exergiebasierten Analysen analysiert. Unter den untersuchten Komponenten wurden Ergebnisse aus dem Regenerationsofen der Exergoökonomie-Trockner (104-H1) und dem Kältemittelverdichter der zweiten Stufe (111-K6) insgesamt IV erhalten. Die Kosten stehen im Zusammenhang mit der Zerstörung von Exergieanlagen und bedürfen der Verbesserung durch Reduzierung der zerstörten Exergiekosten, die zur Anwendung einer besseren Prozessgestaltung oder Technologie führen. Andererseits könnten Exportgasverdichter (106-K7) und Depropanizer-Säule (107-C4) durch den Einsatz einer moderaten Technologie zur Reduzierung der Anlagenkosten verbessert werden. Die Ergebnisse der exergoökonomischen Diagnostik fordern das System auf, den Regenerationsofen (104-H1) der Trockner und den Exportgasverdichter (106-K7) zu ersetzen, da die Kosten für die Zerstörung in diesen Komponenten recht hoch sind. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse der Exergo-Umweltanalyse, dass der Regenerationsofen der Trockner (104-H1) und der Exportgasverdichter (106-K7) den Hauptanteil an den Umweltauswirkungen der Exergievernichtung haben. Durch die Anwendung besserer Technologiemargen werden daher die entsprechenden Umweltauswirkungen reduziert. Schließlich zeigen die fortgeschrittenen exergiebasierten Analyseergebnisse, dass unter den analysierten Komponenten der behandelte Gaskompressor (105-K4), der Exportgaskompressor (106-K7) und die Cold Box (105-E8) die höchste Rate an vermeidbarer Exergievernichtung und entsprechenden Kosten- und Umweltauswirkungen aufweisen, die den Wirkungsgrad des Gesamtsystems aus thermodynamischen, Kosten- und Umweltbedenken beeinflussen können.