Document
Simultaneous optimization of methanol production process towards improved aspects.
Other titles
تحسين متزامن الأهداف لعملية إنتاج الميثانول
Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2022
Language
English
Subject
English abstract
Usually, methanol is produced from synthesis gas using copper, zinc oxide catalyst with
alumina oxide. It is considered as one of the main raw materials and a building block
for many essential chemicals in the industry. A multi-objective optimization study is
applied to the Lurgi two-step methanol synthesis process using the non-dominated
genetic sorting algorithm NSGA-II. In order to achieve process, economic and
environmental objective functions and find the Pareto fronts. Seven different cases are
developed involving two or three conflicting objectives. The objective functions
studied in this thesis are methanol production, yield, selectivity, profit, overall carbon
conversion, total energy, and total annual CO2 emission. The problem formulated has
five different decision variables, which are syngas molar flow, reactor feed pressure,
reactor 1 temperature, reactor 2 temperature, and by-product mass flow in the methanol
distillation column. The allowable limit of ethanol mole fraction in the produced
methanol stream is less than 0.01 and methanol mole flow in the water to the treatment
stream is less than 15 kmol/hr, these two limits are specified as the problem constraints.
The optimized case results are compared with the base case to make sure that the set
study objectives are achieved successfully. The effects of changing the decision
variables simultaneously in the objective functions are plotted to analyze the methanol
Lurgi process. Where the optimal operating conditions are found in order to maximize
methanol production by 10.11%, maximize profit by 142.65%, minimize CO2 emission
by 47.22%, and reduce total energy by 36.55%: syngas molar flow, reactor feed
pressure, reactor 1 temperature, reactor 2 temperature, and by-product mass flow in the
methanol distillation column must be respectively equal to 40021.19 kmol/hr, 80.1 bar,
233.58 °C, 202.80 °C, and 3.74 tonne/hr.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
عادة يتم إنتاج الميثانول من الغاز التركيبي باستخدام النحاس وأكسيد الزنك كعوامل حفازة مع أكسيد الألمنيوم . يعتبر الميثانول واحدا من أهم المواد الخام الرئيسية وكما يعتبر وحدة تصنيع أساسية للعديد من صناعات المواد الكيميائية. يتم تطبيق التحسين متعدد الأهداف لعملية إنتاج الميثانول في خطوتين ) Lurgi ) باستخدام طريقة )II-NSGA )و ذلك لتحقيق العديد من الأهداف العملية و الأقتصادية والبيئية وإيجاد أفضل الحلول من خلال دراسة سبع حالات مختلفة تتضمن هدفين متعاكسين أو ثلاثة. إن الأهداف التي تمت دراستها في هذه الأطروحة هي زيادة إنتاج الميثانول و نقاوته و زيادة الربح، وتحويل الكربون، و تقليل إجمالي استهالك الطاقة في النظام، وإجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السنوية. خمسة متغيرات مختلفة تم دراستها أيضا وهي التدفق المولي للغاز التركيبي وضغط المفاعل ، ودرجة حرارة المفاعل الأول ، ودرجة حرارة المفاعل الثاني ، وتدفق كتلة المنتج الثانوي في عمود تقطير الميثانول. كما تم أيضا تحديد قيود لعملية التحسين و هي: الكسر المولي لإليثانول في خط انتاج الميثانول النهائي يجب أن يكون أقل من ,0,0 و كمية التدفق المولي للميثانول في خط معالجة المياة حيث والتي يجب أن تكون اقل من 05 مول بالساعة. بعد ذلك تم مقارنة نتائج التحسين مع النتائج قبل التحسين للتأكد تحقيق أهداف الدراسة بنجاح. كما و تم أيضا دراسة تأثير المتغيرات على الأهداف و رسمها و تحليلها. حيث وجد إن أفضل ظروف التشغيل لتحسين إنتاج الميثانول بنسبة10.11% و زيادة الربح بنسبة142.65% وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 47.22% و تقليل نسبة الطاقة المستهلكة في النظام ب 36.55% هي : التدفق المولي للغاز التركيبي 40021.19 مول/ساعة وضغط المفاعل 80.1 بار ، ودرجة حرارة المفاعل الأول 233.58 س° ، ودرجة حرارة المفاعل الثاني 202.80 س° ، وتدفق كتلة المنتج الثانوي في عمود تقطير الميثانول 3.74 طن/ساعة.
Category
Theses and Dissertations