تحلیل فرآیند تولید هیدروژن از واکنش آلومینیوم با آب در یک واحد صنعتی به‌منظور بررسی میزان تأثیر عوامل شکست بر راندمان سیستم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

4 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ایران

چکیده

با توجه به اهمیت و ضرورت بالای جایگزینی سوخت‏های فسیلی با منابع سوختی تجدیدپذیر و سازگار با محیط زیست، سالیان متمادی است که محققین بر روی روش‏های تولید هیدروژن به‌عنوان یکی از پاک‌ترین و در دسترس ترین سوخت‏های جایگزین، کارهای تحقیقاتی خود را متمرکز نموده اند. یکی از این روش‏های مورد مطالعه تولید هیدروژن با بهره گیری از آب و آلومینیوم می‏باشد. در پژوهش حاضر، تحلیل عددی بر روی این روش صورت می‏پذیرد و چگالنده لیبیگ فرآیند تولید بررسی می‏گردد. راندمان چگالنده و کل سیستم محاسبه می‏گردد. در گام بعدی، فاکتورهای شکست سیستم بر اساس ادبیات فن و نظرات خبرگان شناسایی شده و با بهره گیری از یکی از روش‏های تصمیم گیری چند معیاره به نام روش بهترین – بدترین، فاکتورهای شناسایی شده وزن دهی و رتبه بندی می‏گردد و تاثیر مهمترین شاخص بر عملکرد سیستم مطالعه می‏شود و راهکارهای افزایش راندمان سیستم ارائه می‏شود. نتایج نشان می دهد که نتایج عددی به دست آمده در قیاس با کار ژوکائوسکاس به طور متوسط 2/4 درصد خطا دارد که مقدار مطلوبی است. همچنین کسر حجمی بخار در 7 ثانیه اول نشان می‏دهد که سیال خنک کن ابتدا به محض ورود به مبادله کن تغییر فاز می‏دهد. با پیشروی زمان و افزایش حجم آب این تغییر فاز کاهش می‏یابد ولی در مدت زمان 7 ثانیه بخار داخلی تغییر فاز نمی‏دهد. برای رسیدن به تغییر فاز بخار لوله داخلی زمان بیشتری لازم است. نمودارها این زمان را بعد از 50 ثانیه نشان می‏دهند. علاوه بر این، راندمان چگالش، بر اساس نمودار به دست آمده بعد از 50 ثانیه افزایش می‏یابد و در 150 ثانیه به 89 درصد می‏رسد.

کلیدواژه‌ها

مراجع

  • Government of Canada. Sources of pollution. electricity;
  • Berger M, Goldfarb JL. Understanding our energy footprint: undergraduate chemistry laboratory investigation of environmental impacts of solid fossil fuel wastes. J Chem Educ. 2017; 94(8):1124e8, 2017.
  • Government of Canada. Government of Canada sets ambitious GHG reduction targets for federal operations, https://www.canada.ca/en/treasury-board-secretariat/news/2017/12/government_of_canadasetsambitiousghgreductiontargetsforfederalop.html.
  • Pashaee Golmarz T, Rezazadeh S, Yaldagard M, Bagherzadeh, N. The Effect of Proton-Exchange Membrane Fuel Cell Configuration Changing from Straight to Cylindrical State on Performance and Mass Transport: Numerical Procedure. Journal of Renewable Energy and Environment. 2021; 8(2): 39-53, doi: 10.30501/jree.2020.253825.1152.
  • Pashaee Golmarz, T, Rezazadeh, S, Bagherzadeh, N. Numerical Study of Curved-Shape Channel Effect on Performance and Distribution of Species in a Proton-Exchange Membrane Fuel Cell: Novel Structure. Journal of Renewable Energy and Environment. 2018; 5(2): 10-21, doi: 10.30501/jree.2018.88506.
  • Bakenne A, Nuttall W, Kazantzis N. Sankey-Diagram-based insights into the hydrogen economy of today. Int J Hydrogen 2016; 41(19): 7744e53.
  • Office of energy efficiency & renewable energy. Hydrogen production: natural gas reforming, Available: https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-productionnatural-gas-reforming.
  • Nikolaidis P, Poullikkas A, A comparative overview of hydrogen production processes. Renew Sustain Energy Rev. 2017; 67:
  • Godula-Jopek, Agata. Hydrogen production: by electrolysis. John Wiley & Sons, 2015.
  • Peslier AH, Maria S, Henner B, Shun-Ichiro K. Water in the Earth’s interior: distribution and origin. Space Science Reviews. 2017; 212: 743-810.
  • Fleischer M. The abundance and distribution of the chemical elements in the earth's crust. Journal of Chemical Education. 1954; 31(9): 446.
  • Soler L, Macanas J, Mu~noz M, Casado J, Aluminum and aluminum alloys as sources of hydrogen for fuel cell applications. J Power Sources. 2007;169(1): 144-9.
  • Porciu´ ncula, C.B., Marcilio, N.R., Tessaro, I.C., Gerchmann, M., Production of hydrogen in the reaction between aluminum and water in the presence of NaOH and KOH. Braz J Chem Eng. 2012; 29(2): 337-48.
  • Yang H, Zhang H, Peng R, Zhang S, Huang X, Zhao Z, Highly efficient hydrolysis of magnetic milled powder from waste aluminum (Al) cans with low-concentrated alkaline solution for hydrogen generation. Int J Energy Res. 2019; 43(9): 4797-806.
  • Wang H, Lu J, Dong SJ, Chang Y, Fu YG, Luo P, Preparation and hydrolysis of aluminum-based composites for hydrogen production in pure water. Mater Trans. 2014; 55(6):892-8.
  • Qiao D, Yiping L, Zhongyi T, Xuesong F, Tongmin W, Tingju L, Peter KL. The superior hydrogen-generation performance of multi-component Al alloys by the hydrolysis reaction. International Journal of Hydrogen Energy. 2019; 44(7): 3527-3537.
  • Tekade SP, Pednekar AS, Jadhav GR, Kalekar SE, Shende DZ, Wasewar KL, Hydrogen generation through water splitting reaction using waste aluminum in presence of gallium. Int J Hydrogen Energy. 2020.
  • Tekade SP, Shende DZ, Wasewar KL, Hydrogen generation in water splitting reaction using aluminum: effect of NaOH concentration and reaction modelling using SCM. Int J Chem React Eng. 2018; 16(7):1-8.
  • Irankhah, A., Seyed Fattahi, S.M., Salem, M., Hydrogen generation using activated aluminum/water reaction. Int J Hydrogen Energy. 2018; 43(33):15739-
  • Li P, Fen X, Lixian S, Yongpeng X, Jun C, Xia Y, Yipeng W, Fang, Y, Yumei L. Hydrogen generation performance of novel Al–LiH–metal oxides. Inorganic Chemistry Frontiersm. 2018; 5(7): 1700-1706.
  • Bolt A, Dincer I, Agelin-Chaab M, Experimental study of hydrogen production process with aluminum and water. International Journal of Hydrogen Energy. 2020; 45(28): 14232-14244. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.03.160
  • Rezaei J. Best-worst multi-criteria decision-making method. Omega. 2015; 53: 49–57.
  • Morabbi Heravi H, Bayrami M, Mamegani S, Pashaee Golmarz T. Risk management based on fuzzy BWM and fuzzy MOORA: Case study-Food industry, 9th International Conference on Management, World Trade, Economics, Finance and Social Sciences, France, 2021.
  • Ram, B. Gupta. Hydrogen fuel: production, transport, and storage. 1st New York: CRC Press, 2008.

[25]حسین خانی ح، خندان ن، ایکانی مح، الیاسی، ع، مروری بر تولید هیدروژن با استفاده از تکنولوژی حلقه شیمیایی، ماهنامه ی علمی اکتشاف و تولید نفت و گاز، 1398؛ ش167.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار