Economic and Environmental Evaluation of Heat-Integrated Pressure-Swing Distillation by Multiobjective Optimization

Gu, Jinglian; Lu, Shang; Shi, Fengming; Wang, Xiujuan; You, Xinqiang

doi:10.1021/acs.iecr.2c01043

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“…Numerous scholars have conducted extensive research to explore the feasibility of heat-integrated distillation energy-saving technology. Much of this research focuses on the conceptual design of heat-integrated distillation columns in different scenarios, such as standard forms of heat-integrated distillation columns [6][7][8][9], heat-integrated pressure-swing columns [10][11][12], heat-integrated extractive distillation columns [13][14][15][16], heat-integrated air-separation columns [17][18][19][20], and heat-integrated reactive distillation columns [21][22][23][24]. Most of the works are primarily implemented through specific process simulation software.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Global Modeling of Heat-Integrated Distillation Column Based on Limited Local Measurements

Cong,

Liu,

Ling

2024

Processes

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The heat-integrated distillation column (HIDiC) has more energy-saving potential than conventional distillation columns. However, its nonlinearity and coupling effects pose significant challenges for the online operation of the HIDiC. To overcome these challenges, it becomes necessary to utilize accurate nonlinear models for design optimization or control schemes. Traditional modeling methods require extensive tray information, implying the impractical use of numerous sensors in real-world applications. This paper proposes a modeling approach for the HIDiC based on a limited number of measurements. It only requires the measurement of a finite amount of tray information to construct a global model of the HIDiC. This method serves as an online observer, providing real-time information about the entire column, and also enables the prediction of tray concentration changes. The proposed model forms the basis for developing model-based online monitoring and control schemes. Experimental simulation results demonstrate that the proposed method achieves high accuracy in global observation and prediction for the HIDiC.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Global Modeling of Heat-Integrated Distillation Column Based on Limited Local Measurements

Cong,

Liu,

Ling

2024

Processes

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“…Among numerous distillation energy-saving technologies, heat-integrated distillation technology has garnered extensive attention due to its significant potential for energy savings [11][12][13][14]. In heat-integrated distillation technology, the rectifying section and the Processes 2023, 11, 2918 2 of 18 stripping section are two separate columns, referred to as the rectifying column and the stripping tower, respectively [15][16][17][18][19]. These columns are connected by a compressor and a throttle valve to regulate the pressure between them.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Reduced-Order Modeling and Control of Heat-Integrated Air Separation Column Based on Nonlinear Wave Theory

Cong,

2023

Processes

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The process of low-temperature air separation consumes a significant amount of energy. Internal heat-integrated distillation technology has considerable energy-saving potential. Therefore, the combination of low-temperature air separation and heat-integrated distillation technology has led to the development of a heat-integrated air separation column (HIASC). Due to the heat integration and the inherent complexity of air separation, the modeling and control of this process poses significant challenges. This paper first introduces the nonlinear wave theory into the HIASC, derives the expression for the velocity of the concentration distribution curve movement and the curve describing function, and then establishes a nonlinear wave model. Compared to the traditional mechanical models, this approach greatly reduces the number of differential equations and variables while ensuring an accurate description of the system characteristics. Subsequently, based on the wave model, a model predictive control scheme is designed for the HIASC. This scheme is compared with two conventional control schemes: PID and a general model control. The simulation results demonstrate that MPC outperforms the other control schemes from the response curves and performance metrics.

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“…Therefore, a multiobjective optimization algorithm that can identify the tradeoffs between these competing criteria must be used in order to develop chemical processes automatically. Single-objective optimization is not enough to achieve this [350].…”

Section: Superstructure Optimization Approachmentioning

confidence: 99%

Avaliação dos processos de conversão de CO2 em produtos de valor agregado.

Pacheco

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A perspectiva do dióxido de carbono (CO 2 ) de ser considerado um resíduo para se tornar um recurso valioso com potencial como fonte de carbono e alternativa aos combustíveis fósseis é explorada nesse trabalho. A Utilização do Dióxido de Carbono (UDC) concentra-se em avançar além das tecnologias de captura e armazenamento de carbono, as estratégias para reciclar o CO 2 em vetores de energia e intermediários químicos, e avaliar o potencial de produtos derivados do CO 2 . Ao utilizar o CO 2 como base de carbono, produtos químicos podem ser produzidos com custos competitivos e impacto ambiental reduzido. A adoção de matérias-primas alternativas, como CO 2 , pode trazer mudanças disruptivas para a indústria. O CO 2 pode ser integrado à indústria química existente por meio de produtos químicos fundamentais, como metanol, ou como uma possível base de carbono C 1 . Ao avaliar uma tecnologia de UDC, fatores como potencial de redução de emissões, restrições termodinâmicas e viabilidade comercial devem ser considerados. Para enfrentar o desafio de avaliar tecnologias de utilização de CO 2 e identificar produtos promissores, uma abordagem sistemática utilizando uma análise de decisão multicritério foi desenvolvida. Critérios específicos para a conversão do dióxido de carbono são estabelecidos, e uma avaliação em três níveis é aplicada para selecionar os produtos mais adequados com base na viabilidade econômica, maturidade tecnológica e relevância científica. Carbonato de dimetila, éter dimetílico e ácido acético são identificados como produtos favoráveis, com recomendação de estudos de projeto de processo. Um processo inovador para a produção de ácido acético a partir do CO 2 usando a rota de hidrocarboxilação do metanol foi desenvolvida, incorporando ajustes nas matérias-primas, faixas de temperatura, pressão e unidades de separação eficientes. O estudo contribui para o campo de síntese de processo para a conversão do CO 2 em produtos de alto valor agregado, abordando a escassez de dados literários sobre os processos de produção de ácido acético. Além disso, uma avaliação da conversão de CO 2 em metanol e éter dimetílico foi conduzida. É proposto um framework para otimizar as plantas químicas, considerando tanto o custo anualizado total quanto as emissões de CO 2 resultantes do uso de utilidades. Modelos simplificados, como redes neurais, representaram com precisão o comportamento da planta, possibilitando uma otimização eficiente. Os esforços de otimização de processos têm produzido resultados positivos tanto do ponto de vista econômico quanto ambiental. A redução no custo total anualizado demonstra maior eficiência financeira, enquanto a diminuição nas emissões de CO 2,eq significa um passo em direção à sustentabilidade. No geral, este trabalho apresenta avaliações importantes sobre a utilização de CO 2 como um recurso, otimizando a planta química e direcionando a indústria para práticas mais sustentáveis e eficientes. Mais pesquisas nessas áreas contribuirão para uma economia mais sustentável e circular.

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Economic and Environmental Evaluation of Heat-Integrated Pressure-Swing Distillation by Multiobjective Optimization

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Global Modeling of Heat-Integrated Distillation Column Based on Limited Local Measurements

Global Modeling of Heat-Integrated Distillation Column Based on Limited Local Measurements

Reduced-Order Modeling and Control of Heat-Integrated Air Separation Column Based on Nonlinear Wave Theory

Avaliação dos processos de conversão de CO2 em produtos de valor agregado.

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