Integration of Methane Reforming and Chemical Looping Technologies for Power Generation from Waste Plastic _ Technical and Economic Assessment. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Integration of Methane Reforming and Chemical Looping Technologies for Power Generation from Waste Plastic _ Technical and Economic Assessment) Integration of Methane Reforming and Chemical Looping Technologies for Power Generation from Waste Plastic _ Technical and Economic Assessment.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 23 December 2025. Download (8MB)

Arabic Abstract

إن التخلّص غير المناسب من مخلفات البلاستيك يحدث الخلل في النظم البيئية، ممّا يهدد البيئة. وتعتبر العقبات التقنية الاقتصادية ونقص الدعم الحكومي من العوائق الرئيسية التي تعترض جهود تعزيز عملية إعادة التدوير نفايات البلاستيك. في هذه الدراسة، تمّ إنشاء وفحص أربع طرق لإعادة التدوير وهي: (1) إصلاح غاز الميثان بالبخار بوحدة فصل الأكسجين من الهواء (ASU)، (2) إصلاح غاز الميثان بالبخار (SMR) وتوريد الاكسجين عن طريق الاحتراق بالحلقة الكيميائية (CLC)، (3) الأكسدة الجزئية بالأكسجين (POX) وتوريد الاكسجين عن طريق الاحتراق بالحلقة الكيميائية، و(4) إصلاح غاز الميثان الجاف (DMR) وتوريد الاكسجين عن طريق الاحتراق بالحلقة الكيميائية (CLC). وقد أنتجت المحاكاة التفصيلية باستخدام برنامج أسبن بلس في إصداره الـ 12 موازين المواد والطاقة. تم بعد ذلك تحليل الجدوى الاقتصادية التقنية التي تجمع بين التحليل الاقتصادي مثل تحليل التدفق النقدي لتقدير تكلفة التشغيل، والتحليل التقني مثل تحليل الحساسية وتقديرات الطاقة والكفاءة. وفقًا لنتائج المحاكاة، أظهرت الحالات 1 و 2، باستخدام أساليب SMR مماثلة، إنتاج سنجاز (غاز الهيدروجين واحادي اكسيد الكربون) بنسبة HCR تبلغ 3.5 بمعدل 850 كجم/ساعة. ومع ذلك، أحدثت الحالة 3، التي استخدمت الأكسجين في عملية POX، أعلى قيمة HHV بسبب احتوائها على 99.2% من المواد القابلة للاحتراق على الرغم من إنتاجها لأقل كمية من السنجاز. تأثرت العديد من العوامل كل من إنتاج الطاقة والكفاءة، حيث أظهرت الحالات 2 و 4 كفاءات أعلى. بالنسبة للحالات 2-4، جعل تكامل الحرارة في حالات CLC من الممكن إنتاج المزيد من البخار، مما زاد من إنتاج الطاقة وكفاءة العملية بشكل عام. ووفقًا لتحليل الحساسية، زاد إنتاج الطاقة في SMR بشكل خطي مع إدخال CH4. ووُجدت اختلافات كبيرة في CAPEX بين الحالات، حيث أظهرت الحالة 3 أنها الأكثر اقتصادية بقيمة 94.6دولار/ميغاواط مقارنة بـ 211.34دولار/ميغاواط من LCOE في الحالة 1.

English Abstract

The improper disposal of plastic waste disrupts ecosystems, endangers the environment. Techno-economic obstacles and a lack of government assistance are two obstacles that hinder efforts to promote plastic waste recycling. In this study, four recycling pathways -(1) gasification+steam methane reforming (SMR) with air separation unit (ASU), (2) gasification+SMR with chemical looping combustion (CLC), (3) gasification+partial oxidation (POX) with CLC, and (4) gasification+POX+dry methane reforming (DMR) with CLC- were created and examined in order to address this concern and produce power from plastic waste. Detailed simulations using Aspen Plus V12's produced material and energy balances that allowed for the sizing of equipment and the techno-economic analysis of these waste recycling pathways. Techno-economic analysis combines economic analysis, such as cash flow analysis to estimate levelized costs, with technical analysis, such as sensitivity analysis and energy/efficiency estimates. According to simulation results, cases 1 and 2, using similar SMR approaches, produced syngas with an HCR of 3.5 at a rate of 850 kg/hr. However, case 3, which used oxygen in the POX process, had the highest HHV because of its 99.2% combustible content even though it produced the least amount of syngas. Numerous factors affected both power production and efficiency, with cases 2 and 4 exhibiting higher efficiencies. For cases 2-4, heat integration in CLC cases made it feasible to produce more steam, which increased power output and overall process efficiency. According to sensitivity analysis, power production in SMR increased linearly with CH4 input. Significant disparities in CAPEX were found between the cases, with case 3 showing to be the most economical at $94.6/MW compared to case 1's $211.34/MW LCOE.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Ahmed, Usama Ahmed M.
Committee Co-Advisor:	Al-Mutairi, Eid Musaad H.
Committee Members:	Zahid, Umer
Depositing User:	FAISAL ALQARZAEE (g201621380)
Date Deposited:	25 Dec 2024 10:06
Last Modified:	25 Dec 2024 10:06
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143148