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: 6
 Celotno besedilo (3,10 MB) |
2. Integracija sušilnika z uparjalnikom pri proizvodnji sladkorja : magistrsko deloTija Mrak, 2025, magistrsko delo Opis: Trajnostno načrtovanje sistemov postaja vedno bolj pomembno za nadaljnji razvoj sodobne družbe. Da bi dosegli cilje trajnostnega razvoja (SDG) v naslednjem desetletju, je treba obravnavati različne cilje, vključno z gospodarskimi, okoljskimi in socialnimi vprašanji.
V magistrski nalogi smo obravnavali problem rekonstruiranja obstoječega procesa proizvodnje sladkorja v Ormožu, ki je sestavljen iz več procesov. Naša naloga je bila v kemijskem procesu integrirati sušilnik z uparjalnikom. Vodna para je kot stranski produkt izhajala v ozračje, saj obrati v preteklosti niso bili povsem energijsko, ekonomsko in učinkovito zgrajeni. Proces smo želeli izboljšati s tako, da bi nam para služila kot vir dohodka.
V prvem delu smo primerjali dejanski in integriran kemijski proces. Prikazali smo realni proces proizvodnje ter našo idejno integracijo. Pri tem smo dejanske podatke poskušali preveriti s programsko opremo Aspen Plus. Obstoječi uparjalnik se segreva z nizko-tlačno paro, pridobljeno iz peči. Dejanski sistem segrevanja uparjalnika bi lahko nadomestili z integracijo sušilnika z uparjalnikom, da zvišamo vhodno temperaturo zraka v sušilnik za 40 °C, s tem se tudi zviša segrevanje za 40 °C v peči, ki segreva zrak pred vtokom v sušilnik.
V drugem delu smo naredili še ekonomični izračun, da smo lahko potrdili, ali bi se nam simulacija dejanskega procesa izplačala. Izračuni so nam podali rezultate, da bi integriran proces ustvaril višje prihodke kot odhodke.
Kot končni rezultat smo ugotovili, da bi dejanski proces proizvodnje sladkorja lahko izboljšali z integracijo obstoječega procesa.
Ključne besede: integracija, rekonstrukcija, optimiranje, Aspen Plus, sladkor
Objavljeno v DKUM: 03.02.2025; Ogledov: 0; Prenosov: 15
Celotno besedilo (1,92 MB) |
3. Proizvodnja sintetičnega bencina iz trdnih komunalnih odpadkov : magistrsko deloMonika Uremović, 2024, magistrsko delo Opis: Fosilna goriva so neobnovljivi energetski viri (premog, nafta, zemeljski plin in njihovi derivati), ki so nastali iz starodavnih rastlin in živali. Ta goriva so ključna za današnjo energetsko porabo, saj zagotavljajo okoli 80 % svetovne energije. Kljub njihovemu prispevku k industrializaciji in razvoju imajo negativen vpliv na okolje in podnebje, saj sproščajo ogljik v atmosfero. Fosilna goriva so omejen vir, ki se ne more hitro obnavljati, zato postaja prehod na obnovljive vire, kot sta sončna in električna energija, vse bolj nujen.
Naraščajoče svetovno prebivalstvo povzroča hitro večanje števila trdnih komunalnih odpadkov in s tem povezanih problemov ‒ onesnaževanje okolja, naraščajoči stroški in kopičenje odlagališč z odpadki. V ta namen bi v okviru krožnega gospodarstva razvili alternativne načine obdelave, s katerimi bi zmanjšali količino odpadkov in jih pretvorili v različne vrste energij.
Namen magistrskega dela je izvesti različne simulacije proizvodnje sintetičnega bencina iz trdnih komunalnih odpadkov, od sortiranih, delno sortiranih do nesortiranih, s pomočjo programa Aspen Plus pri različnih pogojih obratovanja (tlak in temperatura).
Najprej smo izvedli simulacije proizvodnje sintetičnega bencina pri sortiranih trdnih komunalnih odpadkih, kjer smo nadalje opazovali vpliv na proizvodnjo s spreminjanjem temperature oziroma tlaka. Nato smo izvedli še simulacijo proizvodnje sintetičnega bencina iz sortiranih trdnih komunalnih odpadkov z uporabo ogljikovega dioksida, predhodno pridobljenega iz dimnih plinov s separacijo na koloni PSA. Na koncu smo izvedli še simulacije proizvodnje sintetičnega bencina iz delno in še nesortiranih trdnih komunalnih odpadkov.
Ugotovitve so pokazala, da so bili najboljši rezultati pri simulaciji proizvodnje sintetičnega bencina iz sortiranih trdnih komunalnih odpadkov z uporabo ogljikovega dioksida iz dimnih plinov, ki je bil predhodno pridobljen s separacijo na koloni PSA. Prav tako so rezultati pokazali, da se proizvodnja zmanjšuje s povečanjem temperature pri istem tlaku in obratno povečuje s povečanjem tlaka pri isti temperaturi.
Ključne besede: sintetičen bencin, sintezni plin, trdni komunalni odpadki, dimni plini, krožno gospodarstvo, simulacija, Aspen Plus
Objavljeno v DKUM: 09.10.2024; Ogledov: 0; Prenosov: 32
Celotno besedilo (3,04 MB) |
4. Proizvodnja etanola iz bioplina : magistrsko deloAjda Raj Miloševič, 2024, magistrsko delo Opis: V zadnjem času se pospešeno raziskujejo možnosti pridobivanja energije, goriv in raznih kemikalij iz bioplina. Bioplin, ki je sestavljen predvsem iz CH4 in CO2, lahko uporabimo za proizvodnjo sinteznega plina, iz katerega pa lahko pridobivamo etanol. Etanol se lahko uporablja kot alternativno gorivo za motorna vozila in za ogrevanje stanovanj. V hrani in pijači deluje kot konzervans ali sredstvo za aromatiziranje. Prav tako pa se pogosto uporablja kot surovina v kemijski in farmacevtski industriji.
V okviru magistrske naloge smo obravnavali proizvodnjo etanola iz bioplina. Osnovni cilj magistrske naloge je bil določiti optimalne pogoje za proizvodnjo etanola iz bioplina s pomočjo programa Aspen Plus. V ta namen smo izvedli numerično simulacijo proizvodnje etanola pri različnih obratovalnih pogojih (temperatura, tlak) in pri različnih sestavah vhodne surovine (količina dodanega CO2 in vodne pare). Z analizo teh vplivnih parametrov smo določili optimalne pogoje za proizvodnjo etanola.
Dobljeni rezultati kažejo, da največjo količino nastalega etanola dosežemo pri temperaturi 200 °C, tlaku 50 bar, količini dodanega CO2 300 kmol/h in pri količini dodane vodne pare 400 kmol/h. Pri teh optimalnih vrednostih vplivnih faktorjev se lahko količina proizvedenega etanola poveča tudi do 15 %.
Ključne besede: bioplin, sintezni plin, proizvodnja etanola, simulacija z Aspen Plus, optimiranje
Objavljeno v DKUM: 25.09.2024; Ogledov: 0; Prenosov: 22
Celotno besedilo (2,10 MB) |
5. Waste Lignocellulosic Biomass as a Source for Bioethanol ProductionKlemen Rola, Sven Gruber, Danijela Urbancl, Darko Goričanec, 2024, izvirni znanstveni članek Opis: Synthetically produced biofuels play a critical role in the energy transition away from fossil fuels. Biofuels could effectively lower greenhouse gas (GHG) emissions and contribute to better air quality. One of these biofuels is bioethanol, which could act as a gasoline replacement. For this purpose, a simulation of bioethanol production through lignocellulosic biomass fermentation, focused on distillation, was carried out in simulation software Aspen Plus. Since the possibility of absolute ethanol production through distillation is limited by the ethanol–water azeotrope, pressure swing distillation (PSD) was used to obtain fuel-grade ethanol (EtOH) with a fraction of 99.60 wt.%. The flowsheet was optimised with NQ analysis, which is a simple optimisation method for distillation columns. We found that the PSD has the potential to concentrate the EtOH to a desired value, while simultaneously removing other unwanted impurities whose presence is a consequence of pretreatment and fermentation processes.
Ključne besede: bioethanol, distillation, lignocellulosic biomass, azeotrope, Aspen Plus
Objavljeno v DKUM: 14.08.2024; Ogledov: 99; Prenosov: 5
Celotno besedilo (3,14 MB) |
6. 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: 41
Celotno besedilo (7,74 MB) |
7. Primerjava med dejansko in simulirano katalitično proizvodnjo sinteznega plina : magistrsko deloEva Rozman, 2024, magistrsko delo Opis: Zaradi vse večjega števila prebivalstva, širjenja industrije in pospešene gospodarske rasti se poraba električne energije eksponentno povečuje. Večina elektrike je še vedno proizvedena iz neobnovljivih virov energije, predvsem iz fosilnih goriv. Ravno tako se na odlagališčih, v naravi in v morju kopiči vse več odpadkov, ki niso ali ne morejo biti reciklirani. S proizvodnjo sintetičnega plina iz trdnih komunalnih odpadkov, bi pripomogli k proizvodnji energije, ki bi vsaj delno pomagala ohranjati okolje.
Namen magistrske naloge je bila simulacija proizvodnje sinteznega plina z računalniškim programom Aspen Plus pri različnih sestavah vhodnih surovin in primerjava simulirane proizvodnje z dejansko proizvodnjo v industriji.
V prvem delu smo izvedli simulacijo s katero smo preverili točnost sistema. V drugem delu smo spreminjali razmerje trdnih komunalnih odpadkov in lesne biomase na vtoku v proizvodnjo.
Ugotovili smo, da so trdni komunalni odpadki in lesna biomasa bolj donosni kot zemeljski plin. Na sintezno pozitivno vpliva večja količina trnih komunalnih odpadkov in manjša količina vodne pare.
Ključne besede: sintezni plin, trdni komunalni odpadki, simulacija, Aspen Plus, lesna biomasa
Objavljeno v DKUM: 24.04.2024; Ogledov: 269; Prenosov: 62
Celotno besedilo (7,13 MB) |
8. Utilisation of renewable electricity to produce synthetic methaneKlemen Rola, Sven Gruber, Danijela Urbancl, Darko Goričanec, 2023, izvirni znanstveni članek Ključne besede: power-to-methane, P2M, synthetic methane, CO2 methanation, Aspen Plus, Aspen Adsorption
Objavljeno v DKUM: 18.04.2024; Ogledov: 203; Prenosov: 13
Celotno besedilo (5,00 MB)
Gradivo ima več datotek! Več... |
9. Optimiranje z uporabo matlaba v povezavi z aspen plus simulatorjem : magistrsko deloNejc Arh, 2023, magistrsko delo Opis: Magistrsko delo se osredotoča na kompleksen problem modeliranja procesnih enot, zlasti reakcijske destilacije. Pri tem uporabljamo že razvite modele v simulatorju Aspen Plus, vendar opozarjamo na omejitve v doseganju optimalnih rešitev. Predpostavili smo, da se s povezavo Aspen Plusa z Matlabom lahko dosežejo boljše optimizacijske rešitve. Cilj naloge je preveriti možnost optimizacije v Matlabu v povezavi z Aspen Plusom ter oceniti prednosti in slabosti različnih tipov optimizacije v Matlabu.
Teoretični del vključuje razlago reakcijske destilacije, njenih prednosti in slabosti ter kemijske reakcije v procesu reakcijske destilacije. Poleg tega razpravlja tudi o osnovah optimizacije. Eksperimentalni del vključuje uporabo programa Matlab za optimiranje procesa s poudarkom na uporabi Curve Fitting Toolbox. Prikazuje tudi uporabo programa Aspen Plus za simulacijo procesa ter integracijo obeh programov. Eksperimentalni del je izveden na osnovnem primeru in obširnejšem primeru s simulacijo in optimizacijo procesa reakcijske destilacije.
Osnovni primer pokaže, da je za izparevanje potrebno vložiti veliko več toplote, kot za segrevanje vode. Z njim potrdimo tudi uspešno delovanje povezave med programoma Aspen Plus in Matlab. Primer reakcijske destilacije pa predstavi uspešno optimiranje procesa na največji dobiček.
Ključne besede: reakcijska destilacija, Aspen Plus simulacija, Matlab optimizacija, modeliranje procesnih enot, optimizacija procesa destilacije
Objavljeno v DKUM: 11.01.2024; Ogledov: 397; Prenosov: 50
Celotno besedilo (1,37 MB) |
10. Izraba obnovljivih virov energije za proizvodnjo sintetičnega metana : magistrsko deloKlemen Rola, 2023, magistrsko delo Opis: Magistrsko delo predstavlja proizvodnjo sintetičnega metana, ki bi lahko nadomestil zemeljski plin. Za reakcijo metanacije je potreben vodik. Ta se v delu proizvede z elektrolizo, ki jo poganja elektrika obnovljivih virov. Proces je namenjen sezonskemu shranjevanju energije, kjer se viški elektrike poletnega časa shranijo v obliki metana za obdobja primanjkljajev energije. V ta namen, smo s programom Aspen Plus najprej izvedli poenostavljeno enostopenjsko simulacijo metanacije CO2. Pretok CO2 je baziral na ocenjeni sestavi in pretoku bioplina iz realne bioplinarne. Upoštevali smo, da se tudi celoten bioplin lahko uporabi kot reaktant. Enostopenjska metanacija je služila predvsem za razumevanje obnašanja reakcije. Ker z eno reakcijsko stopnjo v produktu nismo dosegali dovolj visokega deleža metana, smo izvedli še poenostavljeno dvostopenjsko metanacijo. Določili smo pogoje, pri katerih bi dosegali dovolj visoko vsebnost metana, da bi produkt bil primeren za injiciranje v plinovode. Za primer, ko se bioplin ne uporabi v metanaciji, smo v programu Aspen Adsorption izvedli dinamični simulaciji nadgradnje bioplina z adsorpcijskimi tehnikami. Mešanico bioplina smo z nizkimi izgubami metana uspešno nadgradili do biometana, s sestavo, ki je primerna za injiciranje v plinovode. S pomočjo rezultatov začetne dvostopenjske simulacije smo razvili delno integrirano shemo s sočasno proizvodnjo elektrike, ki je sposobna proizvesti od 1 t/h do 1,3 t/h sintetičnega metana. Pri tem je v procesu možna uporaba čistega CO2, ali pa celo mešanice bioplina in CO2. Proizveden sintetični metan je vseboval več kot 97 mol.% CH4, po dehidraciji s silikagelom, pa smo zagotovili sestavo, ki je primerna za injiciranje v plinovode mnogih Evropskih držav.
Ključne besede: Sintetični metan, bioplin, metanacija CO2, adsorpcija, Aspen Plus, Aspen Adsorption
Objavljeno v DKUM: 14.09.2023; Ogledov: 631; Prenosov: 0
Celotno besedilo (13,41 MB) |
