Design and Simulation of Petroleum Coke Conversion to Blue Ammonia with Low Carbon Emissions. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS Thesis - Abdulrahman ALKaabi (singed).pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 August 2026. Download (4MB)

Arabic Abstract

يُعزز الطلب المتزايد على الطاقة الحاجة إلى استكشاف بدائل مستدامة لمصادر الطاقة التقليدية. وقد أدى هذا التحدي إلى دراسة إمكانية تحويل منتج ثانوي في المصافي، وهو الفحم البترولي (Petcoke)، إلى ناقل طاقة مستدام. تم نمذجة العملية باستخدام برنامج Aspen Plus، بدءًا من إنتاج الغاز التخليقي عبر تغويز الفحم البترولي، تليه عملية تنقية الهيدروجين ثم تخليق الأمونيا. تُظهر النتائج كفاءة عالية في تحويل هذا المنتج الثانوي عالي الكبريت إلى طاقة نظيفة، من خلال دمج تقنيات إزالة الكبريت وامتصاص الميثانول لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وتقليل الأثر البيئي، بما يتماشى مع أهداف الاستدامة العالمية. من أبرز النتائج تحقيق مردود هيدروجين بنسبة 16% عند مرحلة الغاز التخليقي، وكفاءة غاز بارد (CGE) تبلغ 63%. وتحقق العملية قدرة إنتاج سنوية من الأمونيا تصل إلى 1.9 مليون طن متري. كما تم تحسين استهلاك الطاقة ليواكب المعايير العالمية بمتوسط 15 جيجا جول لكل طن من الأمونيا. علاوة على ذلك، أُجري تقييم اقتصادي شامل أظهر جدوى المشروع، حيث بلغ إجمالي الاستثمار 1.5 مليار دولار، مع فترة استرداد تبلغ 4.9 سنوات، وتكلفة تشغيلية مستوية (LCOA) تُقدر بـ217 دولارًا لكل طن من الأمونيا. تؤكد هذه النتائج الجدوى الفنية والاقتصادية لإنتاج الأمونيا من الفحم البترولي، ما يوفر مسارًا واعدًا لاستخدام منتجات المصافي الثانوية بشكل مستدام ويدعم المزيد من التطوير في هذا المجال.

English Abstract

The increasing energy demand necessitates the exploration of sustainable alternatives to traditional energy sources. This urgency has led to the examination of transforming a refinery byproduct into a sustainable energy carrier. The process is modeled using Aspen Plus, starting with the production of syngas through the gasification of Petroleum Coke (Petcoke), followed by the purification of hydrogen and the synthesis of ammonia. By incorporating sulfur removal and methanol absorption technology, the process effectively converts a high-sulfur byproduct into clean energy, minimizing CO2 emissions and environmental impact while supporting global sustainability objectives. Notable results indicate a hydrogen yield of 16% during the syngas stage and a cold gas efficiency (CGE) of 63%. The process boasts an annual ammonia production capacity of one million metric tons (MT/yr) and is optimized to align with the global energy consumption standard, requiring approximately 15 GJ per ton of ammonia. Moreover, a comprehensive economic assessment evaluates the project's profitability and viability, indicating a total investment of $1.5 billion, a payout time of 4.9 years, and a levelized cost of ammonia (LCOA) of $217 per ton. These results confirm the technical and economic feasibility of producing ammonia from Petcoke, highlighting a promising route for the sustainable use of refinery byproducts and the potential for further advancements in this area.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Zahid, Umer
Committee Members:	Malaibari, Zuhair Omar and Ahmed, Usama
Depositing User:	ABDULRAHMA ALKAABI (g202102390)
Date Deposited:	18 Dec 2025 08:56
Last Modified:	18 Dec 2025 08:56
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143797