فرآیند حلقه شیمیایی یکی از روش‌های نوین در تبدیل ترموشیمیایی پسماندها به انرژی پاک است. در پژوهش حاضر، طرح یک نیروگاه با توان حرارتی 50 مگاوات جهت تولید همزمان هیدروژن، توان و گرما از زباله جامد شهری بدون انتشار کربن دی اکسید ارائه شده است که از تجمیع فرآیند حلقه شیمیایی سه‌راکتوری با سیستم‌های بازیابی حرارتی، گوگردزدایی و فشرده‌سازی گازها توسعه یافته است. عملکرد فنی و اقتصادی نیروگاه به‌و‌سیله مدل‌سازی فرآیندها در نرم‌افزار Aspen plus مورد مطالعه قرار گرفته و ضمن تعیین شرایط لازم برای عملکرد خودکار گرمایی فرآیند حلقه شیمیایی، اثر پارامترهای کلیدی عملیاتی نیز بررسی شده است. نتایج نشان داد که نسبت جرمی بخار به سوخت حداقل 14/0 و نسبت حامل اکسیژن به سوخت ۱۶ در راکتور سوخت برای گاز سازی کربن و احتراق کامل گازها ضروری است. بازده تبدیل سوخت به هیدروژن 32/52% و بازده انرژی کل و اگزرژی نیروگاه نیز به ترتیب برابر با 17/63% و 37/54% است. ارزش خالص فعلی طرح 358/156 میلیون دلار و دوره بازگشت سرمایه 97/2 سال محاسبه شده است که بیانگر عملکرد مطلوب فنی و اقتصادی طرح پیشنهادی می‌باشد.
Kaza S, Yao L, Bhada-Tata P, Van Woerden F. What a waste 2.0: a global snapshot of solid waste management to 2050. World Bank Publications; 2018.
Rupani PF, Delarestaghi RM, Abbaspour M, Rupani MM, El-Mesery HS, Shao W. Current status and future perspectives of solid waste management in Iran: a critical overview of Iranian metropolitan cities. Environ Sci Pollut Res 2019;26:32777–89.
Nandhini R, Berslin D, Sivaprakash B, Rajamohan N, Vo DN. Thermochemical conversion of municipal solid waste into energy and hydrogen: a review. Environ Chem Lett 2022;20:1645–1669.
Traven L. Sustainable energy generation from municipal solid waste: A brief overview of existing technologies. Case Stud Chem Environ Eng 2023;8:100491.
Adánez J, Abad A, Mendiara T, Gayán P, de Diego LF, García-Labiano F. Chemical looping combustion of solid fuels. Prog Energy Combust Sci 2018;65:6–66. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2017.07.005.
Di Giuliano A, Capone S, Anatone M, Gallucci K. Chemical looping combustion and gasification: a review and a focus on European research projects. Ind \& Eng Chem Res 2022;61:14403–32.
Liu H, Jin Z, Mei R, Li M. Multi-objective optimization and Techno-economic analyses of conventional combustion and chemical looping combustion for a Municipal solid waste incineration plant in China. Waste Manag 2025;202:114834.
Xue Z, Chen S, Wang D, Xiang W. Design and fluid dynamic analysis of a three-fluidized-bed reactor system for chemical-looping hydrogen generation. Ind \& Eng Chem Res 2012;51:4267–78.
غائبی ه, یاری م, قوامی س. شبیه سازی یک سیستم نوین تولید یکپارچه هیدروژن و توان با تلفیق چرخه ORC و سیستم ریفرمینگ بخارآب زیست گاز خورشیدی. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز 2019;49:189–98.
Mendiara T, Izquierdo MT, Oscar ´ Condori a L, García-Quiles, Abad A. Identification of oxygen carriers for chemical recycling of plastic waste using chemical looping technologies. Fuel 2025;394:135284.
Falascino E, Joshi RK, Kumar S, Jawdekar T, Kudva IK, Shinde SG, et al. Enabling plastic waste gasification by autothermal chemical looping with > 90 % syngas purity for versatile feedstock handling. Appl Energy Combust Sci 2024;19:100270.
Dai M, Xue Q, Guo T, Guo Q. Process Optimization And Life Cycle Assessment In a 10MWth food waste chemical looping gasification system for hydrogen production. Process Saf Environ Prot 2025;194:1421–1433.
Al-Qadri A, Ahmed U, Muhammad Ali H, Farooqi AS. A combined gasification-chemical looping approach for valorizing waste tires into ammonia: Techno-economic analysis. Waste Manag 2025;205:115020.
Chen L, Li H, Wang H, Liu K. Performance of red mud oxygen carriers in chemical-looping hydrogen production using different components of plastic waste pyrolytic gas. J Clean Prod 2023;409:137213.
Xiao J, Xu T, Shu Z, Chen W, Liu D. Iron-based spinel for H2 production and CO2 separation from plastics via chemical looping. Appl Therm Eng 2025:126633.
Qi J, Li H, Chen G, Yan B, Yao J. Thermodynamic modeling and performance analysis of chemical looping gasification combined with steam reforming for municipal solid waste: an Aspen Plus approach. Energy Convers Manag 2024;314:118655.
Sun Z, Chen X, Kuo P-C, Ding L, Aziz M. Co-feeding biomass and municipal solid waste for enhanced hydrogen and synthetic natural gas yields employing chemical looping process. Chem Eng J 2024;493:152487.
Hakandai C, Pramono HS, Aziz M. Conversion of municipal solid waste to hydrogen and its storage to methanol. Sustain Energy Technol Assessments 2022;51:101968.
Palone O, Gagliardi GG, Mechelli M, Cedola L, Borello D. Techno-economic analysis of sustainable methanol and ammonia production by chemical looping hydrogen generation from waste plastic. Energy Convers Manag 2023;292:117389.
Palone O, Cedola L, Rispoli F, Borello D. Municipal solid waste thermochemical conversion to substitute natural gas: Comparative techno-economic analysis between updraft gasification and chemical looping. Energy Convers Manag 2025;324:119294.
Posch S, Haider M. Optimization of CO2 compression and purification units (CO2CPU) for CCS power plants. Fuel 2012;101:254–63.
Farajollahi H, Hossainpour S. Macroscopic model-based design and techno-economic assessment of a 300 MWth in-situ gasification chemical looping combustion plant for power generation and CO2 capture. Fuel Process Technol 2022;231:107244. https://doi.org/10.1016/J.FUPROC.2022.107244.
خلیلی ساربانقلی س, گروسی فرشی ل. طراحی و تحلیل ترمواقتصادی سیستم جدید جداسازی دی‌اکسیدکربن از گازهای حاصل از احتراق با رویکرد کاهش بارهای گرمایشی، سرمایشی و توان مورد نیاز. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز 2025;55:67–76. https://doi.org/10.22034/jmeut.2025.62598.3440.
Li F, Zeng L, Fan L-S. Biomass direct chemical looping process: Process simulation. Fuel 2010;89:3773–84.
Chen X, Sun Z, Kuo P-C, Aziz M. Carbon-negative olefins production from biomass and solar energy via direct chemical looping. Energy 2024;289:129943.
Sun Z, Aziz M. Thermodynamic analysis of a tri-generation system driven by biomass direct chemical looping combustion process. Energy Convers Manag 2021;244:114517.
James R, Kearins D, Turner M, Woods M, Kuehn N, Zoelle A. Cost and performance baseline for fossil energy plants volume 1: bituminous coal and natural gas to electricity. 2019.
Morgan D, Sheriff A, Wallace M, Wijaya N, Vikara D, Liu G. FECM/NETL Hydrogen Pipeline Cost Model (2024): Description and User’s Manual. 2024.
Farajollahi H, Hossainpour S. Techno-economic assessment of biomass and coal co-fueled chemical looping combustion unit integrated with supercritical CO2 cycle and Organic Rankine cycle. Energy 2023;274:127309.
عبدالعلی پور م. تحلیل ترمودینامیکی یک سیستم تولید همزمان بر اساس یک چرخه برایتون فوق‌بحرانی دی-اکسید‌کربن. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز 2023;53:25–34. https://doi.org/10.22034/jmeut.2023.57609.3298.
فیروزی ف, یاری م, زارع و, رنجبر سف, درآبادی ع. تحلیل جامع ترمودینامیکی سیستم کم کربن بر پایه ریفرمینگ بخارآب با سوخت بیوگاز و ادغام شده با چرخه SCO2 به منظور تولید همزمان هیدروژن، توان و گرما. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز 2025;55:108–14. https://doi.org/10.22034/jmeut.2025.65917.3519.
عبدالعلی پورعدل م, رستمی م, محمدخانی ف, خلیل آریا ش. تحلیل ترمودینامیکی یک سیستم تولید همزمان بر مبنای توربین گازی با سوخت بیوگاز برای تولید توان، آب شیرین، گرمایش و هیدروژن. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز 2022;51:209–17. https://doi.org/10.22034/jmeut.2022.11013.
صادقی گنبدانی ح, مشیری آیدنلو ن, میرزایی ا, خلیلیان م, جعفرمدار ص. تحلیل ترمودینامیکی و اقتصادی مقایسه‌ای سه پیکربندی مختلف بر پایه‌ی مبدل گرما به منظور بهبود تولید توان از منابع زمین‌گرمایی دماپایین. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز 2026;55:63–72. https://doi.org/10.22034/jmeut.2025.66410.3536.
Huang W, Marefati M. Development, exergoeconomic assessment and optimization of a novel municipal solid waste-incineration and solar thermal energy based integrated power plant: An effort to improve the performance of the power plant. Process Saf Environ Prot 2023;172:562–578.
Hendo AH, Sanaye S. Simultaneous economic and exergetic optimization of a municipal solid waste incineration plant for sustainable power generation. Energy 2024;293:130713.
Stevens R, Keairns D, Kuehn N, Newby R, Shah V. Guidance for NETL’s Oxycombustion R&D Program: Chemical Looping Combustion Reference Plant Designs and Sensitivity Studies. National Energy Technology Laboratory; 2014.
S. Energy Information Administration. Average Price of Electricity n.d. https://www.eia.gov/electricity/monthly/epm_table_grapher.php?t=epmt_5_3.
Li G, Chang Y, Liu T, Yu Z, Liu Z, Liu F, et al. Hydrogen element flow and economic analyses of a coal direct chemical looping hydrogen generation process. Energy 2020;206:118243.
Stenberg V, Spallina V, Mattisson T, Rydén M. Techno-economic analysis of H2 production processes using fluidized bed heat exchangers with steam reforming--Part 1: Oxygen carrier aided combustion. Int J Hydrogen Energy 2020;45:6059–81.
Couper JR, Penney WR, Fair JR, Walas SM. Chemical Process Equipment: Selection and Design. Third Edit. Butterworth-Heinemann; 2012.
Zoelle A, Kuehn N. Quality Guidelines for Energy System Studies: Capital Cost Scaling Methodology: Revision 4 Report. NETL; 2019.
فرج الهی, حسین و حسین پور, سیامک . (1405). ارزیابی فنی و اقتصادی تولید همزمان هیدروژن، توان و حرارت از زباله جامد شهری بر مبنای فرآیند حلقه شیمیایی. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 56(3), 35-44. doi: 10.22034/jmeut.2026.69708.3618
MLA
فرج الهی, حسین , و حسین پور, سیامک . "ارزیابی فنی و اقتصادی تولید همزمان هیدروژن، توان و حرارت از زباله جامد شهری بر مبنای فرآیند حلقه شیمیایی", مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 56, 3, 1405, 35-44. doi: 10.22034/jmeut.2026.69708.3618
HARVARD
فرج الهی, حسین, حسین پور, سیامک. (1405). 'ارزیابی فنی و اقتصادی تولید همزمان هیدروژن، توان و حرارت از زباله جامد شهری بر مبنای فرآیند حلقه شیمیایی', مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 56(3), pp. 35-44. doi: 10.22034/jmeut.2026.69708.3618
CHICAGO
حسین فرج الهی و سیامک حسین پور, "ارزیابی فنی و اقتصادی تولید همزمان هیدروژن، توان و حرارت از زباله جامد شهری بر مبنای فرآیند حلقه شیمیایی," مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 56 3 (1405): 35-44, doi: 10.22034/jmeut.2026.69708.3618
VANCOUVER
فرج الهی, حسین, حسین پور, سیامک. ارزیابی فنی و اقتصادی تولید همزمان هیدروژن، توان و حرارت از زباله جامد شهری بر مبنای فرآیند حلقه شیمیایی. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 1405; 56(3): 35-44. doi: 10.22034/jmeut.2026.69708.3618
)