تحليل العمليات ومقارنة تقنيات الغاز الحيوي

الملخص

تُستخدم عملية تحويل الغاز الحيوي إلى غاز الميثان الحيوي عالي الطاقة على نطاق واسع لإنتاج الغاز الطبيعي البديل (SNG)، حيث تُعدّ عملية فصل ثاني أكسيد الكربون عن الغاز الحيوي أهم العمليات، ويتم ذلك باستخدام تقنيات متعددة مثل التنقية بالأمينات والفصل بالتبريد. هدفت هذه الدراسة إلى إجراء مقارنة بين تصميم وتحسين قسم تحويل الغاز الحيوي في محطة إنتاج ومعالجة الغاز الحيوي باستخدام تقنيتين (الامتصاص والفصل بالتبريد). تم فحص التقنيتين وتحليلهما لتقييم مزايا وعيوب كل منهما لاختيار الطريقة الأنسب للتطبيق، حيث تم اختيار ثلاثة جوانب للتقييم: (1) تكنولوجيا العملية وجودة المنتج، (2) استخلاص الميثان وفقدانه، (3) استهلاك الطاقة والاقتصاد. أُجري البحث باستخدام حزمة من البرامج التجارية، بما في ذلك Aspen HYSYS v11، وبرنامج تصميم وتقييم المبادلات الحرارية (EDR)، وبرنامج Aspen Process Economic Analyzer (APEA)، وبرنامج MS Excel.

... أظهرت نتائج عملية الأمين انخفاضًا في إجمالي استهلاك الطاقة والقدرة في الحالة المُحسَّنة بنسبة 73% و11% على التوالي مقارنةً بالحالة الأساسية. كما انخفضت خسائر الميثان في النظام بنسبة 27%، مما أدى إلى زيادة استخلاص الميثان إلى 99.93%.

وبفضل تطبيق عملية دمج الحرارة باستخدام التبريد العميق، انخفض إجمالي استهلاك الطاقة في الحالة المُحسَّنة بنسبة 44% مقارنةً بالحالة الأساسية. من جهة أخرى، أدى تطبيق مرحلة استخلاص الميثان إلى تقليل خسائر الميثان في النظام بنسبة 76%، مما أدى إلى زيادة استخلاص الميثان في تيار الغاز الحيوي المُحسَّن من 85.15% إلى 95.91%. مع ذلك، تسبب ذلك في زيادة طفيفة في إجمالي القدرة من 230.7 كيلوواط إلى 241.7 كيلوواط. علاوة على ذلك، بقي الكسر المولي لثاني أكسيد الكربون في الغاز الحيوي المُحسَّن ضمن الحدود المسموح بها (<3%).

تُظهر المقارنة بين الحالتين أن الطاقة المطلوبة في عملية الأمين أعلى بكثير من تلك المطلوبة في عملية التبريد العميق، بينما يكون استهلاك الطاقة أعلى في عملية التبريد العميق مقارنةً بعملية الأمين، كما أن استخلاص الميثان في عملية الأمين أعلى منه في عملية التبريد العميق. يُشير التحليل الاقتصادي إلى أن عملية الأمين تتميز بتكلفة تركيب أقل من عملية التبريد العميق، ولكن بتكلفة تشغيل أعلى، ومع ذلك، فإن صافي التكلفة الحالية يُرجّح كفة عملية الأمين على عملية التبريد العميق