1. Methanol production via power-to-liquids : a comparative simulation of two pathways using green hydrogen and captured CO2David Tian Hren, Miloš Bogataj, Andreja Nemet, 2024, izvirni znanstveni članek Opis: Methanol is a versatile substance that can be used in combustion engines and fuel cells and as a feedstock for the production of various chemicals. However, the majority of methanol is currently produced from fossil fuels, which is not sustainable. The aim of this study was to analyze and evaluate the feasibility of methanol production from renewable sources as a bridge to a low-carbon economy and its potential as an alternative to fossil-derived chemicals. For this purpose, the process of methanol production from captured CO2 and water as an H2 source was simulated in Aspen Plus. For CO2 capture, the monoethanolamine (MEA) absorption process was assumed. The H2 required for methanol synthesis was obtained by alkaline water electrolysis using electricity from renewable sources. The captured CO2 and the produced H2 were then converted into methanol through the process of CO2 hydrogenation in two ways, direct and two-step synthesis. In the direct conversion, the hydrogenation of CO2 to methanol was carried out in a single step. In the two-step conversion, the CO2 was first partly converted to CO by the reverse water-gas shift (RWGS) reaction, and then the mixture of CO and CO2 was hydrogenated to methanol. The results show that direct synthesis has a higher methanol yield (0.331 kmol of methanol/kmol of H2 ) compared to two-step synthesis (0.326 kmol of methanol/kmol of H2 ). The direct synthesis produces 13.4 kmol of methanol/MW, while the two-step synthesis produces 11.2 kmol of methanol/MW. This difference amounts to 2.2 kmol of methanol/MW, which corresponds to a saving of 0.127 $/kmol of methanol. Besides the lesser energy requirements, the direct synthesis process also produces lower carbon emissions (22,728 kg/h) as compared to the two-step synthesis process (33,367 kg/h). Ključne besede: power-to-X, Aspen Plus, methanol, CO2 capture, methanol production, water electrolysis Objavljeno v DKUM: 12.02.2025; Ogledov: 0; Prenosov: 1
Celotno besedilo (3,10 MB) |
2. Optimiranje odstranjevanja formaldehida iz azeotropne zmesi butanol/isobutanol/formaldehid/metanol/voda s pretvorbo v heksametilentetraminJan Hartl, 2024, diplomsko delo Opis: Namen diplomske naloge je bil preučiti izvedljivost odstranjevanja formaldehida iz azeotropne zmesi butanol/isobutanol/formaldehid/metanol/voda s pretvorbo formaldehida v heksametilentetramin (HMTA).
V sklopu eksperimentalnega dela smo izvedli eksperimente v skladu s centralno kompozitnim eksperimentalnim načrtom in razvili statistično relevanten linearni model, ki opisuje odvisnost masnega deleža formaldehida v raztopini v odvisnosti od dodane množine metanola in amonijaka. Z razvitim modelom smo optimirali reakcijske pogoje s ciljem minimiranja deleža formaldehida in preostalega amonijaka v raztopini. Model potrjuje hipotezo, da je prisotnost metanola problematična, saj stabilizira formaldehid (pretvorba formaldehida ob prisotnosti metanola v hemiacetal) in ga tako naredi manj dostopnega za pretvorbo v HMTA. Po pričakovanjih pa višanje množine amonijaka kot reaktanta zmanjšuje delež preostalega formaldehida.
Rezultati kažejo, da je na laboratorijski ravni odstranjevanje formaldehida iz azeotropne zmesi s pretvorbo v HMTA izvedljivo. Kot eno izmed možnih tehnologij za ločevanje HMTA iz raztopine smo uporabili vakuumsko destilacijo, s katero HMTA odstranimo kot destilacijski ostanek. Pri pogojih, ki smo jih določili kot optimalne, se je masni delež formaldehida v raztopini znižal iz začetnih 1,39 % na 0,048 %. Ključne besede: odstranjevanje formaldehida, heksametilentetramin, azeotropne zmesi, vakuumska destilacija, načrtovanje eksperimentov, optimiranje reakcijskih pogojev. Objavljeno v DKUM: 19.09.2024; Ogledov: 0; Prenosov: 13
Celotno besedilo (1,84 MB) |
3. Kompenzatorji mrtvega časa regulacija procesov z dolgim mrtvim časom : diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa I. stopnjeBlaž Vidovič, 2024, diplomsko delo Opis: Namen diplomske naloge je bil ugotoviti vpliv različno dolgih mrtvih časov na regulacijo procesov 1. in 2. reda. Mrtvi čas, v dinamičnih sistemih, predstavlja časovni zamik med dejansko spremembo vhodnega signala in spremembo izhodne spremenljivke, ki je posledica časa, potrebnega za prenos informacije skozi sistem. V delu smo izvedli simulacije v računalniškem orodju Simulink, za servo in regulacijske probleme. Izvedli smo tudi regulacijske simulacije sistema z motnjo šuma. Primerjali smo učinkovitost regulacije sistema, reguliranega z navadno PID povratnozančno shemo, s shemo regulirano s Smithovim prediktorjem.
Rezultati kažejo, da je Smithov prediktor primernejša rešitev za regulacijo sistemov z dolgim mrtvim časom tako v pri sledenju referenčne vrednosti, kot tudi v primeru regulacijskih problemov in regulacijskih problemov z dodano motnjo šuma, saj z njim dosežemo manjše oscilacije in hitrejšo vzpostavitev stacionarnega stanja. Iz rezultatov je razvidno tudi, da so regulacijske sheme v sistemih z mrtvim časom učinkovitejše pri blaženju nizkofrekvenčnega šuma kot visoko frekvenčnega šuma. Ključne besede: regulacija procesov, PID regulator, Smithov prediktor, mrtvi čas, Simulink Objavljeno v DKUM: 09.09.2024; Ogledov: 40; Prenosov: 31
Celotno besedilo (2,90 MB) |
4. 7th International Conference on Technologies & Business Models for Circular Economy : book of abstracts2024 Opis: The 7th International Conference on Technologies & Business Models for Circular Economy (TBMCE) was organized by the Faculty of Chemistry and Chemical Engineering, University of Maribor in collaboration with the Strategic Research and Innovation Partnership - Networks for the Transition into Circular Economy (SRIP- Circular Economy), managed by the Chamber of Commerce and Industry of Štajerska. The conference was held in Portorož, Slovenia, at the Grand Hotel Bernardin from September 4th to September 6th, 2024. EIT RawMaterials RIS Hub Adria, SPIRIT Slovenia Business Development Agency and Pomurje Technology Park (as part of the GREENE 4.0 and CI-Hub projects) have joined us as co-organizers. TBMCE 2024 was devoted to presentations of circular economy concepts, technologies and methodologies that contribute to the shift of business entities and society as a whole to a more responsible, circular management of resources. The conference program included panel discussions, plenary and keynote sessions, oral and poster presentations on the following topics: Sustainable Energy, Biomass and Alternative Raw Materials, Circular Business Models, Secondary Raw Materials and Functional Materials, ICT in Circular Economy, Processes and Technologies. Panel discussions addressed following topics: Circular Economy Transition in South East Europe, The transition to carbon neutrality in energy intensive industry, Valorization of used and contaminated wood, Circular economy trends in construction, Critical raw materials and circular economy transition, Industrial Symbiosis and its opportunities for industry, AI and circular economy. The event was under the patronage of Ministry of the Economy, Tourism and Sport and Ministry of Cohesion and Regional Development. Ključne besede: circular economy, sustainable development, processes and technologies, circular business models, research and development Objavljeno v DKUM: 22.08.2024; Ogledov: 93; Prenosov: 24
Celotno besedilo (3,27 MB) Gradivo ima več datotek! Več... |
5. Proizvodnja metanola iz ogljikovega dioksida - primerjava dveh sinteznih potiDavid Tian Hren, 2024, magistrsko delo Opis: Ogljikov dioksid (CO2) je glavni toplogredni plin, ki prispeva h globalnemu segrevanju. Pretvorba emisij CO2 v tekoča goriva, kot je metanol, je obetavna tehnologija za zmanjšanje emisij ogljika in proizvodnjo uporabnih goriv. Metanol je vsestransko gorivo, ki se lahko uporablja v motorjih z notranjim zgorevanjem, gorivnih celicah in kot surovina za proizvodnjo različnih kemikalij. Vendar pa se večina metanola trenutno proizvaja iz fosilnih goriv, kar ni trajnostno. Sinteza metanola iz CO2 prek fotokatalitskih, elektrokemičnih in kemičnih metod ponuja potencialno rešitev za trajnostno proizvodnjo metanola in zmanjšanje emisij CO2.
Cilj magistrskega dela je bil v programu Aspen Plus izvesti simulacijo procesa proizvodnje metanola iz ogljikovega dioksida in vode kot vira vodika. Za zajem CO2 smo uporabili postopek absorpcije z monoetanolaminom (MEA), ki je široko uporabljana tehnologija za zajemanje CO2 iz industrijskih dimnih plinov. Nato smo vodik, potreben za sintezo metanola, pridobivali z alkalno elektrolizo vode, ki je ena najstarejših in najbolj razširjenih metod za proizvodnjo vodika iz obnovljivih virov. Zajeti ogljikov dioksid in proizvedeni vodik smo nato na dva načina pretvorili v metanol s postopkom hidrogeniranja CO2, in sicer z direktno in dvostopenjsko sintezo. Pri direktni pretvorbi smo izvedli neposredno hidrogeniranje CO2 v metanol. Pri dvostopenjski pretvorbi pa smo CO2 najprej pretvorili v CO z reakcijo RWGS, nato pa smo mešanico CO in CO2 hidrogenirali v metanol. Poleg simulacije procesa smo izvedli tudi analizo porabe pogonskih sredstev ter njunih stroškov ter občutljivostno analizo glede na temperaturo v reaktorju in vhodni tok vodika.
Rezultati kažejo, da ima direktna sinteza večji donos metanola (63,56 t/h) v primerjavi z dvostopenjsko sintezo (62,70 t/h), vendar le za 1,4 %. Direktna sinteza porabi 147,9 MW energije, medtem ko dvostopenjska sinteza porabi 175 MW. Ta razlika znaša 15,5 % oziroma 27,1 MW, kar pomeni letni prihranek v višini 2,2 milijona dolarjev. Ključne besede: moč-do-X, Aspen Plus, metanol, zajemanje CO2, proizvodnja metanola, elektroliza vode Objavljeno v DKUM: 05.08.2024; Ogledov: 101; Prenosov: 34
Celotno besedilo (7,74 MB) |
6. 6th International Conference on Technologies & Business Models for Circular Economy : conference proceedings2024, zbornik Opis: The 6th International Conference on Technologies & Business Models for Circular Economy (TBMCE) was organized by the Faculty of Chemistry and Chemical Engineering of the University of Maribor in cooperation with Strategic Research and Innovation Partnership – Networks for the transition into circular economy (SRIP – Circular economy), managed by the Chamber of Commerce and Industry of the Štajerska. The conference was held in Portorož, Slovenia, at the Grand Hotel Bernardin from September 6th to September 8th, 2023. TBMCE 2023 was devoted to presentations of circular economy concepts, technologies and methodologies that contribute to the shift of business entities and society as a whole to a more responsible, circular management of resources. The conference program included a round table Standardization for circular economy – more secure and less complicated closing of material loops, 6 panel discussions, 1 plenary and 3 keynote lectures, oral and poster presentations. The event was under the patronage of Ministry of the Economy, Tourism and Sport and Ministry of Cohesion and Regional Development. The Netherlands joined us as a partner country. Ključne besede: sircular economy, sustainable development, processes and technologies, circular business models, research and development Objavljeno v DKUM: 26.02.2024; Ogledov: 646; Prenosov: 581
Celotno besedilo (24,07 MB) Gradivo ima več datotek! Več... |
7. Transitioning towards Net-Zero Emissions in Chemical and Process Industries : A Holistic PerspectivePeter Glavič, Zorka Novak-Pintarič, Helena Levičnik, Vesna Dragojlović, Miloš Bogataj, 2023, pregledni znanstveni članek Opis: Given the urgency to combat climate change and ensure environmental sustainability, this review examines the transition to net-zero emissions in chemical and process industries. It addresses the core areas of carbon emissions reduction, efficient energy use, and sustainable practices. What is new, however, is that it focuses on cutting-edge technologies such as biomass utilization, biotechnology applications, and waste management strategies that are key drivers of this transition. In particular, the study addresses the unique challenges faced by industries such as cement manufacturing and highlights the need for innovative solutions to effectively reduce their carbon footprint. In particular, the role of hydrogen as a clean fuel is at the heart of revolutionizing the chemical and process sectors, pointing the way to cleaner and greener operations. In addition, the manuscript explores the immense importance of the European Green Deal and the Sustainable Development Goals (SDGs) for the chemical industry. These initiatives provide a clear roadmap and framework for advancing sustainability, driving innovation, and reducing the industry's environmental impact, and are a notable contribution to the existing body of knowledge. Ultimately, alignment with the European Green Deal and the SDGs can bring numerous benefits to the chemical industry, increasing its competitiveness, promoting societal well-being, and supporting cross-sector collaboration to achieve shared sustainability goals. By highlighting the novelty of integrating cutting-edge technologies, addressing unique industrial challenges, and positioning global initiatives, this report offers valuable insights to guide the chemical and process industries on their transformative path to a sustainable future. Ključne besede: net zero, energy, process industries, emissions, climate, chemicals, biomass, waste, cement, metals Objavljeno v DKUM: 19.02.2024; Ogledov: 333; Prenosov: 33
Celotno besedilo (894,06 KB) Gradivo ima več datotek! Več... |
8. Razvoj surogatnih algebrskih modelov kinetičnih reaktorjev : diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa I. stopnjePetra Munđar, 2023, diplomsko delo Opis: Modeliranje kemijskih kinetičnih reaktorjev na osnovi reakcijske kinetike je zahteven proces in običajno vsebuje vsaj dve diferencialni enačbi (snovna in energijska bilanca). Kadar poteka več reakcij modeli postanejo kompleksni in s tem numerično zahtevni. Take modele najpogosteje rešujemo z uporabo procesnih simulatorjev. Reševanje teh enačb v enačbno orientiranem algebrskem sistemu je težavno, saj moramo sisteme diferencialnih enačb pretvoriti v algebrske. Pretvarjanje le teh pa lahko naredimo na več načinov.
V diplomski nalogi smo uporabili tehniko modeliranja, ki temelji na strojnem učenju ti. surogatni modeli, kjer smo iz kompleksnih modelov dobili enostavnejše, ki so primerni za enačbno orinetiran algebraični (EOA) sistem. Za razvoj surogatnih modelov smo uporabili programa ALAMO in Matlab. Cilj diplomske naloge je bil ustvariti matematične modele, ki opisujejo vhodno izhodne podatke in ustvariti zvezne odsekoma linearne modele, ki glede na različne vrednosti statističnega merila najbolje opišejo pridobljene podatke. Za vir podatkov smo uporabili simulacijo kinetičnega reaktorja za sintezo metanola. Simulacijo smo izvedli v programu Aspen Plus; kot podatke smo dobili množinske pretoke sinteznih plinov vzdolž cevnega reaktorja. Ugotovili smo, da lahko kompleksne nelinearne modele snovnega profila komponent v katalitskem cevnem reaktorju zadovoljivo opišemo s sistemom odsekoma zveznih linearnih funkcij in da so ob visokih vrednostih koeficienta determinacije modeli dober približek originalnega nelinearnega modela, ampak ne bodo zadostili masni bilanci.
Raziskave razvoja surogatnih modelov so pomembne za področje procesne sistemske tehnike. Optimizacija in sinteza procesov, ki temeljijo na osnovi matematičnega programiranja, z večanjem računske moči in razvojem novih, hitrejših in učinkovitejših algoritmov, ne bodo več temeljila le na sposobnosti reševanja problemov, ampak bo poudarek tudi na napovedovanju natančnosti modelov, zato so raziskave na področju surogatnih modelov tehtne. Ključne besede: Kinetične reakcije, surogatni modeli, odsekoma zvezna linearna regresija, kinetični reaktor, algebrski modeli Objavljeno v DKUM: 10.10.2023; Ogledov: 426; Prenosov: 40
Celotno besedilo (2,02 MB) |
9. Optimizacija alternativnega energetskega sistema z vključevanjem plinastih goriv : diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa I. stopnjeTine Pigac, 2023, diplomsko delo Opis: Za doseganje energetskih potreb voznega parka trenutno uporabljamo fosilna goriva, zaradi katerih prihaja do emisij toplogrednih plinov, kot je ogljikov dioksid, ki povzročajo globalno segrevanje. Zaradi tega prehajamo na alternativne vire energije, pri katerih moramo preučiti, med drugim, tudi ekonomičnost dobave energije ter količine izpustov. Alternativni možnosti za pogon vozil sta velikokrat elektrika in vodik. Električna vozila so v Sloveniji do določene mere že v uporabi, medtem ko se vodik zaenkrat še ne uporablja kot pogonsko gorivo, saj nimamo polnilnih postaj in posledično proizvajalci avtomobilov na našem trgu ne ponujajo prevoznih sredstev na vodikov pogon.
V diplomski nalogi smo opravili optimizacijo obrata za soproizvodnjo elektrike, vodika in toplote iz obnovljivih virov energije. Za izvedbo optimizacije smo pregledali različne vire in tehnologije proizvodnje. Pri tem smo upoštevali najpogostejše tehnologije pretvorb za proizvodno elektrike, vodika in toplote ter možne vire, ki se bodo v analizi izkazali kot najbolj obetajoči. Nadalje smo razvili matematični model v programskem okolju Python, natančneje z uporabo paketa za optimizacijo GEKKO. Za reševanje smo uporabili reševalnik (solver) IPOPT. Ker lahko proizvodnja poteka po več različnih poteh, smo ugotavljali, katera pot je najbolj optimalna.
Iz dobljenih rezultatov je razvidno, da se večino energije za končno proizvodnjo elektrike, vodika in toplote pridobi iz električnega omrežja. Razlog za to je, da imajo komponente, ki so povezane na električno omrežje, najvišje izkoristke presnov. Ker imajo komponente povezane na električno omrežje najmanjše izgube, je električno omrežje najbolj optimalen vir za soproizvodnjo elektrike, vodika in toplote. To je tudi razvidno iz tega, da se levji delež vodika proizvede v elektrolizerju, ki porablja elektriko za svojo proizvodnjo. Večino tega vodika se nato porabi v gorivni celici, kjer se poleg električne energije proizvede tudi glavnina toplote. Ključne besede: optimiranje, Python, GEKKO, plinasta goriva Objavljeno v DKUM: 11.09.2023; Ogledov: 536; Prenosov: 29
Celotno besedilo (3,63 MB) |
10. Razvoj in implementacija simulacijskega modela reaktorja za Fisher-Tropschevo sintezo za zeleni prehod v AVL CRUISE TM M : magistrsko deloJan Gimpelj, 2023, magistrsko delo Opis: V tem magistrskem delu smo se osredotočili na študij in modeliranje visokotemperaturnega Fischer-Tropschevega procesa, s poudarkom na razumevanju procesnih pogojev, vloge katalizatorjev in mehanizmov kemijske reakcije. Fischer-Tropscheva sinteza je kemijski postopek za pretvorbo sinteznega plina, mešanice ogljikovega monoksida in vodika, v ogljikovodike. Osrednji del dela je bil razvoj kinetičnega modela in njegova implementacija v programih Aspen Plus in CRUISETM M. Glavni cilj študije je bil raziskati in primerjati izhodne rezultate obeh programov, opazovati vpliv parametrov, kot so temperatura, sestava vtoka in tlak, na presnovo reaktantov in proizvodnjo produktov, ter proučiti vpliv diskretizacije v programu CRUISETM M. Rezultati analize kažejo razlike v izračunanih vrednostih med obema programoma. V programu Aspen Plus smo opazili večjo presnovo reaktantov oziroma večji masni pretok nasičenih in nenasičenih ogljikovodikov. V obeh simulacijah smo med produkti opazili največji masni delež pentana. V nadaljevanju smo se posvetili primerjavi rezultatov z literaturo, s posebnim poudarkom na analizi parametra α (verjetnost rasti verige), ki vpliva na distribucijo ogljikovodikov na izhodu iz reaktorja. V študiji smo preučevali tudi vpliv različnih faktorjev, kot so temperatura, sestava vtoka in tlak na rezultate reakcije Fischer-Tropscheve sinteze. Rezultati kažejo, da temperatura, sestava vtoka in tlak občutno vplivajo na selektivnost in količino produktov. Študija predstavlja pomemben prispevek k boljšemu razumevanju Fischer-Tropschevega procesa, saj ponuja podrobno analizo vpliva različnih parametrov na reakcijski sistem. Poleg tega kinetični model, implementiran v dveh različnih programskih okoljih, predstavlja koristno orodje za nadaljnje študije in optimizacijo procesa Fischer-Tropsch. Ključne besede: Fischer-Tropscheva sinteza, CRUISE TM M, Aspen Plus, sintezni plin, bencin, dizelsko gorivo Objavljeno v DKUM: 11.09.2023; Ogledov: 360; Prenosov: 56
Celotno besedilo (2,64 MB) |