اصلاح و بهینه‌سازی چرخه مایع‌ساز هیدروژن مجهز به سیستم تبخیرکنندۀ گاز طبیعی مایع

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، واحد تهران غرب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد تهران غرب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران

4 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد تهران غرب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

هیدروژن در مقایسه با سوخت­های فسیلی بدلیل ارزش گرمایی بالاتر و خروجی کربن صفر درهنگام مصرف، بسیار مورد توجه است. اقتصادی­ترین روش نگه­داری گاز هیدروژن مایع­سازی است. در این پژوهش، گاز هیدروژن با استفاده از سرمایش چرخۀ پریکو و سیستم تبخیر گاز طبیعی مایع، پیش­سرد شده و سپس با استفاده از چرخۀ سرد­کنندۀ مبرّد ترکیبی مایع می­شود. نوآوری این تحقیق پیشنهاد یک چرخۀ مایع­ساز هیدروژن با کارایی بالاتر بر پایه استفاده از سرمایش سیستم تبخیر­کنندۀ گاز طبیعی مایع است، در چرخة پیشنهادی نسبت به چرخۀ مشابه، چرخه سرد­کنندۀ پریکو جایگزین چرخۀ نیتروژنی شده و در قسمت سرمایش­نهایی از چرخه سرد­کننده مبرد ترکیبی استفاده شده­ است، طراحی جدید موجب کاهش کار مصرفی در بخش فشرده­سازی شده که نتیجه آن، کاهش هزینه­ برق مصرفی به ازای تولید یک کیلوگرم هیدروژن مایع نسبت به چرخه­ با مشخصات مشابه است. آنالیز انرژی، اگزرژی و اقتصادی برای چرخۀ پیشنهادی انجام شده است. در چرخۀ مایع­سازی هیدروژن پیشنهادی با ظرفیت 14 تن در ساعت، مقدار مصرف انرژی ویژه 15 % و دوره برگشت سرمایه 20 % ، نسبت به چرخه با مشخصات مشابه کاهش یافته­اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Nazir H., Louis C., Jose S., Prakash J., Muthuswamy N., Buan M. E., Flox C., Chavan S., Shi X., Kauranen P., Is the H2 Economy Realizable in the Foreseeable Future? Part I: H2 Production Methods, International Journal of Hydrogen Energy, 2020.
  • Zhang J., Meerman H., Benders R., Faaij A., Comprehensive Review of Current Natural Gas Liquefaction Processes on Technical and Economic Performance, Applied Thermal Engineering, 166, pp. 114736, 2020.
  • Yun S.-K., Design and Analysis for Hydrogen Liquefaction Process Using Lng Cold Energy, Journal of the Korean Institute of Gas, 15, No. 3, pp. 1-5, 2011.
  • Yang J.-H., Yoon Y., Ryu M., An S.-K., Shin J., Lee C.-J., Integrated Hydrogen Liquefaction Process with Steam Methane Reforming by Using Liquefied Natural Gas Cooling System, Applied Energy, 255, pp. 113840, 2019.
  • Chang H.-M., Kim B. H., Choi B., Hydrogen Liquefaction Process with Brayton Refrigeration Cycle to Utilize the Cold Energy of Lng, Cryogenics, 108, pp. 103093, 2020.
  • Bae J.-E., Wilailak S., Yang J.-H., Yun D.-Y., Zahid U., Lee C.-J., Multi-Objective Optimization of Hydrogen Liquefaction Process Integrated with Liquefied Natural Gas System, Energy Conversion and Management, 231, pp. 113835, 2021.
  • Krasae-in S., Bredesen A. M., Stang J. H., Neksa P., Simulation and Experiment of a Hydrogen Liquefaction Test Rig Using a Multi-Component Refrigerant Refrigeration System, international journal of hydrogen energy, 36, No. 1, pp. 907-919, 2011.
  • Asadnia M., Mehrpooya M., A Novel Hydrogen Liquefaction Process Configuration with Combined Mixed Refrigerant Systems, International journal of hydrogen energy, 42, No. 23, pp. 15564-15585, 2017.
  • Cardella U., Decker L., Sundberg J., Klein H., Process Optimization for Large-Scale Hydrogen Liquefaction, International Journal of Hydrogen Energy, 42, No. 17, pp. 12339-12354, 2017.
  • Berstad D., Walnum H. T., Decker L., AG L. K., Quack H., Integrated Design for Demonstration of Efficient Liquefaction of Hydrogen (Idealhy), Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU), 2013.
  • یاری م., غایبی ه., قوامی گرگری س., تحلیل انرژی و اگزرژی سیستم نوین ریفرمینگ بخارآب بیوگاز خورشیدی برای تولید هیدروژن, مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, د. 48، ش. 4، ص 328-319، 1397.
  • Abe J., Popoola A., Ajenifuja E., Popoola O., Hydrogen Energy, Economy and Storage: Review and Recommendation, International Journal of Hydrogen Energy, 44, No. 29, pp. 15072-15086, 2019.
  • Carapellucci R., Giordano L., Steam, Dry and Autothermal Methane Reforming for Hydrogen Production: A Thermodynamic Equilibrium Analysis, Journal of Power Sources, 469, pp. 228391, 2020.
  • Aasadnia M., Mehrpooya M., Conceptual Design and Analysis of a Novel Process for Hydrogen Liquefaction Assisted by Absorption Precooling System, Journal of cleaner production, 205, pp. 565-588, 2018.
  • Yin L., Ju Y., Process Optimization and Analysis of a Novel Hydrogen Liquefaction Cycle, International Journal of Refrigeration, 110, pp. 219-230, 2020.
  • Essler J., Haberstroh C., Construction of a Para‐Ortho Hydrogen Test Cryostat, in Proceeding of,
  • Gupta R., Basile A., Veziroglu T. N., Compendium of Hydrogen Energy: Hydrogen Storage, Distribution and Infrastructure: Woodhead Publishing, 2016.
  • Timmerhaus K. D., Flynn T. M., Cryogenic Process Engineering: Springer Science & Business Media, 2013.
  • کلوانی ا., مافی م., خانکی م., مقایسه فنی و اقتصادی اثر پیش سرمایش جذبی بر واحدهای مایع سازی گاز طبیعی به منظور تامین سوخت نیروگاه شهید رجائی, مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, د. 51، ش. 3، ص 174-165، 1400.
  • Kotas T. J., The Exergy Method of Thermal Plant Analysis: Elsevier, 2013.
  • Ghorbani B., Mehrpooya M., Sadeghzadeh M., Process Development of a Solar-Assisted Multi-Production Plant: Power, Cooling, and Hydrogen, International Journal of Hydrogen Energy, 45, No. 55, pp. 30056-30079, 2020.
  • آقازاده دکانداری د., حقیقی خوشخو ر., بیدی م., مافی م., شبیه‌سازی، تحلیل و بهینه سازی ترمودینامیکی دو سیکل جدید ترکیبی توان-تبرید با استفاده از انرژی کرایجونیک ال ان جی, مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, د. 51، ش. 4، ص 20-11، 1400.
  • Couper J. R., Hertz D. W., Smith F. L., Process Economics: McGraw-Hill, 2008.
  • Cardella U., Decker L., Klein H., Roadmap to Economically Viable Hydrogen Liquefaction, International Journal of Hydrogen Energy, 42, No. 19, pp. 13329-13338, 2017.
  • Xu X., Liu J., Cao L., Optimization and Analysis of Mixed Refrigerant Composition for the Prico Natural Gas Liquefaction Process, Cryogenics, 59, pp. 60-69, 2014.
  • Bracha M., Lorenz G., Patzelt A., Wanner M., Large-Scale Hydrogen Liquefaction in Germany, International journal of hydrogen energy, 19, No. 1, pp. 53-59, 1994.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار