۱۹۹۱۴پ
per
تحلیل انرژی، اگزرژی، اگزرژواکونومیک و اگزرژی محیط زیست سیستم بدون آلایندگی و تولید همزمان توان و متانول با استفاده از هیدروژن تولید شده از منابع تجدیدپذیر
Energy, Exergy , Exergoeconomic and exergoenvironmental (۴E) analysis of non-emission power and methanol cogeneration system using renewable hydrogen
/حسین نامی
: فنی مهندسی مکانیک
، ۱۳۹۷
، افشار
۱۴۵ص
چاپی - الکترونیکی
دکتری
مکانیک - تبدیل انرژی
۱۳۹۷/۰۷/۰۴
تبریز
موضوع گرم شدن کره‌صی زمین و انتشار گازهای گلخانه‌صای به یکی از چالش‌صهای اصلی علوم مهندسی تبدیل شده است .در این میان، انتشار بی‌صرویه‌صی کربن‌صدی‌صاکسید از جمله عوامل اصلی بالا رفتن دمای جو می‌صباشد و مهمتر اینکه حدود یک‌صسوم کربن‌صدی-اکسید ناشی از فعالیت‌صهای بشری از طریق جایگاه‌صهای تولید توان منتشر می‌صشود .تکنولوژی‌صهای متعددی برای مهار کربن‌صدی-اکسید آزاد شده از نیروگاه‌صها معرفی شده است که استفاده از محفظه احتراق اوکسی‌صفیول یکی از آن‌صها بوده و برتری‌صهای منحصر به‌صفردی درقیاس با سایر تکنولوژی‌صها دارد .گام بعدی که در این رساله به آن پرداخته‌صایم، نحوه‌صی مدیریت و استفاده از کربن‌صدی-اکسید مهار شده از نیروگاه‌صهای مجهز به محفظه احتراق اوکسی‌صفیول می‌صباشد .استفاده از این کربن‌صدی‌صاکسید برای تولید محصولات شیمیایی ارزشمندی همچون متانول از جمله راه‌صحل‌صهایی است که از مزایای بسیاری در مقایسه با روش‌صهای اولیه‌ص مانند تزریق کربن‌صدی‌صاکسید به لایه‌صهای زیرین زمین برخوردار است .هیدروژنیزه کردن کربن‌صدی‌صاکسید ذخیره شده برای تولید متانول نیاز به منبع هیدروژن دارد که طبیعتا باید از منابع انرژی تجدیدپذیر تولید شده باشد تا با ایده‌صی معرفی سیستم تولید همزمان و بدون آلایندگی منافاتی نداشته باشد .در این رساله، استفاده از کربن‌صدی‌صاکسید مهارشده از چرخه‌صی اوکسی‌صفیولGraz - Sبرای تولید متانول، مورد تحلیل ترمودینامیکی، اقتصادی و محیط زیستی قرار گرفته است .همچنین برای تامین هیدروژن مورد نیاز، از الکترولایزر مبدل غشای پروتونی استفاده شده است که توان الکتریکی مورد نیاز آن، با راه‌صاندازی چرخه‌صی رانکین آلی دوسیاله، از منبع انرژی زمین گرمایی تامین می‌صشود .بنابراین، یک سیستم تولید همزمان برای تولید توان، هیدروژن و متانول که تقریبا هیچ گونه انتشار آلایندگی ندارد، معرفی و مورد تحلیل واقع می‌صشود .در حالت پایه، نصف هیدروژن تولیدی در الکترولایزر برای تولید متانول به واحد سنتز متانول ارسال شده و نصف آن به عنوان سوخت پاک ذخیره می‌صشود .از دیدگاه تحلیل اگزرژی، چرخه‌صی رانکین آلی دوسیاله مهمترین قسمت سیستم بوده و بالغ بر ۳۹ درصد تخریب اگزرژی کل را به خود اختصاص می‌صدهد و این در حالیست که تحلیل اقتصادی، چرخه‌صی اوکسی‌صفیولGraz - Sرا مهمترین قسمت سیستم معرفی می‌صکند که حدود ۵۸ درصد کل سرمایه‌صگذاری اولیه (۰۴/۱۱ دلار بر ساعت (را شامل می‌صشود .راندمان انرژی، راندمان اگزرژی و شاخص پایداری برای کل سیستم به ترتیب برابر ۲۵/۱۴ ، ۱۶/۴۱ و ۶۹۹/۱ محاسبه شدند .زمانی‌صکه برای واحد سنتز متانول ظرفیت‌صهای تولیدی متفاوتی در نظر گرفته شد(۲۵۰ ، ۵۰۰ و ۱۰۰۰ تن‌ص بر سال(، نتایج تحلیل اقتصادی در تناقض کامل با نتایج تحلیل محیط زیست قرار گرفت .مطابق با نتایج بدست آمده در شرایط پایه، تغییر ظرفیت متانول تولیدی از ۲۵۰ تا ۱۰۰۰ تن برسال سبب کاهش ۵۷/۴ نقطه‌صای در درصد راندمان انرژی، کاهش ۶۲/۶ نقطه‌صای در درصد راندمان اگزرژی و افزایش ۲۹۸/۲ و ۴۳۳/۰ دلاری به ترتیب در قیمت هر کیلوگرم هیدروژن و متانول تولیدی می‌صشود و این‌ص درحالیست که موجب افزایش سالانه‌صی ۶/۱۰۳۰ تن کربن‌صدی‌صاکسید مصرف شده در واحد سنتز متانول می‌صشود
Climate change and greenhouse gas emission have become one of the main challenges of engineering sciences. Meanwhile, growing CO2 emission is one of the major reasons of the atmospheric temperature increasing while about one third of the overall human CO2 emission is produced by the power generation sectors. Numerous technologies have been proposed to capture the produced carbon. Employing oxy-fuel combustion chamber is one of these technologies which has some advantages compared with other methods. The next step studied in this thesis is how to deal with and utilize the captured CO2 from power plants equipped with oxy-fuel combustion chamber. Using captured CO2 to produce valuable chemicals as by-product is one of the solutions which has some benefits compared with traditional ways like injection to underground. CO2 hydrogenation in order to produce methanol needs hydrogen sources generated from renewable resources to confirm the idea of presenting zero emission cogeneration system. Utilizing CO2 captured from S-Graz cycle is studied from the viewpoints of thermodynamic, economic and environment, in this thesis. Besides, proton exchange membrane electrolyzer is employed to produce hydrogen and utilizes the power generated by geothermal driven dual fluid organic Rankine cycle (ORC). In this way, a power, hydrogen and methanol cogeneration system, which emits almost no pollutant, is proposed and analyzed. In the basic condition, half of the produced hydrogen is sent to the methanol synthesis unit while the next half is stored in the hydrogen tanks as a green fuel. From the exergy point of view, the dual fluid ORC is the most important unit and causes 39 of total exergy destruction, while from the economic prospective the S-Graz cycle is the main unit and is responsible for 58 of the capital investment cost (11.04 $ per hour). Energy and exergy efficiencies and sustainability index of 14.25 , 41.16 and 1.699 are obtained for the proposed system, respectively. Considering various values of methanol synthesis capacity, results associated with the economic analysis are in contrast with those of related to environmental impacts. Based on the driven analysis, changing methanol synthesis capacity from 250 to 1000 ton per year leads to a reduction in energy and exergy efficiencies by 4.57 and 6.62 , respectively. This is while increases the cost of produced hydrogen and methanol 2.298 and 0.433 $ per kg, respectively
Energy, Exergy , Exergoeconomic and exergoenvironmental (۴E) analysis of non-emission power and methanol cogeneration system using renewable hydrogen
نامی، حسین
Nami, Hossein
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
