عنوان پایان‌نامه
مدلسازی و طراحی بهینه فرآیند تولید هیدروژن از زیست توده
- رشته تحصیلی
- مهندسی سیستم های انرژی- تکنولوژی انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72656;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72656
- تاریخ دفاع
- ۱۲ بهمن ۱۳۹۴
- دانشجو
- مریم خلیلی
- استاد راهنما
- مهدی مهرپویا
- چکیده
- در سال‌های اخیر موضوع مصرف سوخت و کاهش آلایندگی بیش‌ازپیش اهمیت یافته است و لذا نیاز به جایگزینی آن‌ها با سوخت‌های تجدید پذیر که ازلحاظ زیست‌محیطی و اقتصادی مقرون‌به‌صرفه است، مطرح‌شده است. زیست‌توده (گیاهان، درختان، جلبک‌ها و پسماندهای موجودات زنده) یک منبع انرژی تجدید پذیر پاک است که میزان رهاسازی دی‌اکسید کربن آن صفر می‌باشد. به دلیل پایین بودن چگالی انرژی، استفاده از آن به‌طور مستقیم مرسوم نیست. ازاین‌رو تبدیل آن به سوخت‌های گازی مانند هیدروژن لازم می‌باشد. به‌طورکلی دو روش برای تولید هیدروژن از زیست‌توده وجود دارد. روش ترموشیمیایی (گرما دادن) و روش بیوشیمیایی (فعالیت موجودات زنده). گازی سازی ترموشیمیایی یک روش پربازده برای فرآیند تولید هیدروژن از زیست‌توده می‌باشد، به همین دلیل در تحقیق پیش رو بررسی این روش موردمطالعه قرارگرفته است و هدف اصلی این پایان‌نامه دستیابی به پارامترهای بهینه برای تولید هیدروژن در شرایط عملیاتی موردبررسی می‌باشد. در این تحقیق مطالعات پیشین در رابطه با تولید هیدروژن از گازی سازی زیست‌توده بررسی و ارائه‌شده که با توجه به تحقیقات پیشین انجام مطالعه بر روی زیست‌توده‌های متنوع و شرایط عملیاتی متفاوت لازم دیده شد. برای دستیابی به هدف فوق موارد ذیل تحت بررسی قرارگرفته‌اند: الف) طراحی و شبیه‌سازی یک مدل فرآیند جامع تولید هیدروژن از گازی سازی زیست‌توده با استفاده از نرم‌افزار شبیه‌سازی Aspen Plus و Aspen Hysys، که فرآیند شبیه‌سازی‌شده شامل 6 مرحله ازجمله مراحل خشک‌کردن زیست‌توده، گازی سازی زیست‌توده توسط راکتورهای تجزیه و احتراق، متراکم کردن گاز سنتز و تمیز کردن آن از ترکیبات گوگردی، ریفرمینگ بخار متان، شیفت آب- گاز و درنهایت خالص‌سازی هیدروژن و حذف دی‌اکسید کربن می‌باشد؛ ب) ارزیابی بازده هیدروژن تولیدی از زیست‌توده‌های متنوع؛ ج) آنالیز حساسیت فرآیند و بررسی تأثیر شرایط عملیاتی ازجمله محتوای رطوبت خوراک، نسبت بخار به سوخت، دمای راکتورها و بخار ورودی به مرحله ریفرمینگ؛ د) انجام تجزیه‌وتحلیل جامع با استفاده از تحلیل انرژی و اکسرژی و بهینه‌سازی به‌منظور بررسی هیدروژن تولیدشده از زیست‌توده‌های سبوس برنج، چوب کاج و تراشه چوب. در شرایط عملیاتی مشابه میزان هیدروژن تولیدی برای زیست‌توده‌های متفاوت بین 50 تا 170 گرم به ازای هر کیلوگرم زیست‌توده می‌باشد که میزان رطوبت و درصد ترکیب اجزاء تشکیل‌دهنده ازجمله هیدروژن و کربن تأثیرگذار بر میزان این هیدروژن تولیدی می‌باشند. با استفاده از بررسی‌های بالا آشکار شد که شرایط عملیاتی، نقش کلیدی در کنترل دمای گازی سازی و تنظیم نسبت هیدروژن به مونوکسید کربن یا به عبارتی تأثیر چشمگیری بر میزان گازهای تولیدی را برعهده دارند، به‌طور مثال افزایش دمای راکتور ریفرمینگ به دلیل گرماگیر بودن فرآیند این راکتور منجر به افزایش هیدروژن تولیدی شده است. با انجام تحلیل اکسرژی راندمان اکسرژی تجهیزات مراحل خشک‌کردن و گاز ساز نشان داده‌شده که مشخص گردید مبدل‌های حرارتی بالاترین اتلاف اکسرژی را در میان سایر تجهیزات دارند. کلمات کلیدی: گازی سازی، زیست‌توده، هیدروژن، Aspen Plus و Aspen Hysys، تحلیل انرژی و اکسرژی.
- Abstract
- In recent years, fuel consumption and pollution reduction is becoming more and more important, so the necessity of a replacement by renewable energies has been considered, which is affordable in terms of economic and environmental aspects. Biomass (plants, trees, alga and remaining organism) is a source of clean renewable energy that the rate of Carbon Dioxide emission is zero. It is less common to utilize this kind of energy for the reason of its low energy density, hence it is necessary to convert it to gas, such as Hydrogen. There are two methods to generate Hydrogen in general. Thermochemical method (heating) and biochemical method (organism activity). Thermochemical gasification is an effective way for Hydrogen generation process using biomass. So, in this research, this method has been discussed and calculation the optimized parameters for Hydrogen generation in a certain operation condition is the main aim of this thesis. In this research, previous studies related to Hydrogen generation using biomass gasification has been investigated and presented, which according to former researches, investigation on various kind of biomasses in different operating conditions was essential. Following cases was checked to achieve the mentioned aim: A) Designing and simulating a Hydrogen generation process model using biomass gasification by means of Aspen Hysys software and Aspen Plus software, that the simulated process contains 6 stages, namely: biomass drying, biomass gasification by decomposition and combustion reactors, accumulating and desulfurization of synthesis gas, methane steam reforming, water-gas shifting and finally, Hydrogen purification and Carbon Dioxide removal. B) Evaluation of generated Hydrogen efficiency for various biomasses. C) Process sensitivity analysis and checking the operating condition effects, for example feed moisture content, the rate of steam over fuel, the steam enters reforming stage and reactor temperature. D) Doing a comprehensi
